Neue Last in alten Netzen 
Stefan Fassbinder 
Deutsches Kupferinstitut 
www.copperalliance.de 
www.kupferinstitut.de/de/we...
Was eignet sich als elektrischer 
Leiterwerkstoff und was nicht? 
Silber Kupfer (99,95%) 57,0 62,5 MS/m 
Aluminium Kupfer ...
Einzig möglicher Konkurrent: Aluminium 
Hoch- und 
Mittelspannungs- 
Freileitungen 
Stromschienen 
Gegossene Läuferkäfige ...
Daher kann sogar die 
Kupfer-Industrie ohne 
Schwierigkeiten 
zugeben: 
Auch Aluminium 
kann ein guter 
Leiterwerkstoff se...
Wenn um 1900 der Strom 
für eine Minute ausfiel, 
war es eine Minute lang dunkel. 
Wenn der Strom für eine Sekunde ausfiel...
Wenn um 1950 der Strom für eine Sekunde 
ausfiel, 
war es drei Sekunden lang dunkel.
Wenn heute der Strom 
auch nur für 50 ms ausfällt, 
• gehen Daten verloren, 
• ist der Rechner abgestürzt, 
• dauert es Mi...
Statistik – 
Wahrheit, Lüge oder Irrtum? 
»Es gibt drei Arten der Lüge: Die gewöhnliche Lüge, den 
Meineid und die Statist...
Ausfallzeit nach VDN-Statistik: 
Italien 190 min/a 
Norwegen 180 min/a 
Schweden 152 min/a 
Großbritannien 63 min/a 
Frank...
Statistik – so funktioniert das, z. B.: 
Erneuerbare Energien jetzt die Nr. 2! 
25% 
20% 
15% 
10% 
5% 
0% 
Kernenergie 
B...
Statistik – so funktioniert das, z. B.: 
Brutto-Stromerzeugung in Deutschland 2011 
25% 
20% 
15% 
10% 
5% 
0% 
Kernenergi...
Statistik – so funktioniert das, z. B.: 
Erneuerbare Energien weit abgeschlagen! 
80% 
70% 
60% 
50% 
40% 
30% 
20% 
10% 
...
Statistik – so funktioniert das, z. B.: 
Zwei Sportler laufen um die Wette. 
Ergebnis: 
Der Eine wird immerhin Zweiter. 
D...
Versorgungssicherheit 
in Südafrika
Dabei gibt es heute eine ganze Menge 
mehr Gründe für Ausfälle und Störungen! 
Denn die Zusammensetzung der Verbraucher im...
Probleme mit der 
Stromversorgung 
sind daher in den 
meisten Fällen 
eher 
irdischen 
Ursprungs 
Hildegard, schalt' 
den ...
Was bisher 
geschah: 
350 V 
250 V 
150 V 
50 V 
0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms 
-50 V 
-150 V 
-250 V 
-350 V 
u → 
t → 
u (...
Drehstrom-Erzeugung mit 6 Leitern 
+–– +–– +–– +–– +–– +–– 
N 
S
Drehstrom-Erzeugung mit 4 Leitern 
+–– +–– +–– 0 
N 
S
Drehstrom-Erzeugung mit 3 Leitern 
+–– +–– +–– 
N 
S
3 A 
2 A 
gleichgerichtete 
gleichgerichtete 
Netzspannung 
Netzspannung 
Kondensator-spannung 
1 A 
0 A 
350 V 
300 V 
25...
Was macht man heute bei EVG über 25 W? 
Elektronische Leistungsfaktor-Korrektur einbauen 
70 mA 
60 mA 
50 mA 
40 mA 
30 m...
All dies hat mehrere 
zuvor nicht gekannte Auswirkungen: 
1. Verformung der Spannungskurven 
2. Immens hohe Einschaltstrom...
1. Verformung der Spannungskurven 
– in der Theorie … 
350 V 
250 V 
150 V 
50 V 
Netzspannung beim 
einphasigen Betrieb 
...
… und in der Praxis 
Real existierende 
Verläufe von 
Strom 
 
und 
Spannung 
 
in einem großen 
Lager-, Versand- und 
V...
So etwas nennt man Oberschwingungen. 
Oder Harmonische? Oder wie sonst? 
Und wie zählt man die? 
In der Norm und an der Un...
So etwas nennt man Oberschwingungen. 
Oder Harmonische? Oder wie sonst? 
Und was ist z. B. mit Gleichströmen in Wechsel- u...
Jeder periodische Vorgang lässt sich durch eine 
unendliche Summe sinusförmiger Vorgänge darstellen 
175% 
125% 
75% 
25% ...
Jeder periodische Vorgang lässt sich durch eine 
unendliche Summe sinusförmiger Vorgänge darstellen 
gesamt 
nur für 
THD ...
100% 
33% 
15% 
1,0 A 
0,5 A 
0,0 A 
-0,5 A 
1,0 A 
0,5 A 
0,0 A 
-0,5 A 
1,0 A 
0,5 A 
0,0 A 
-0,5 A 
-1,0 A 
Kurve 
Kurv...
Noch weit bessere Simulationen gibt es 
kostenlos bei: 
www.powerstandards.com/PQTeachingToyIndex.php
2,0 A 
1,5 A 
1,0 A 
0,5 A 
0,0 A 
Eingangsstrom eines 
PC mit Monitor 
0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms 
-0,5 A 
-1,0 A 
-1,5 ...
Analyse des Ersatz-Dreieckstroms 
400 % 
300 % 
200 % 
100 % 
0 % 
0ms 5ms 10ms 15ms 20ms 
-100 % 
-200 % 
-300 % 
-400 % ...
Ganz wichtig bei der Betrachtung von 
Oberschwingungen: 
Sie entstehen im Verbraucher und breiten sich 
von dort »stromauf...
Was ist eigentlich THD? Zum Beispiel eines 
Dreieckstroms von 1 A und Tastverhältnis 1/7: 
 Quadratwerte  
Ohne 
5 A 
4 ...
Unterschiedliche Auswirkungen 
auf Strang- und Leiterspannung 
Aufge-nommen 
am 
30.06.2002, 
14:30 Uhr. 
Was war da 
doch...
Die Strom-Ober-schwingungen 
durch 3 
teilbarer Ordnung treiben 
in der Dreieck-Wicklung 
eines 
Verteiltransformators 
ei...
5,0% 
4,5% 
4,0% 
3,5% 
3,0% 
2,5% 
2,0% 
1,5% 
1,0% 
0,5% 
0,0% 
Oberschwingungen in einer Woche 
in einem Wohngebiet, Au...
Oberschwingungen am Samstag 
in einem Wohngebiet, 24. August 2002 
5,0% 
4,5% 
4,0% 
3,5% 
3,0% 
2,5% 
2,0% 
1,5% 
1,0% 
0...
Oberschwingungen am Sonntag 
in einem Wohngebiet, 25. August 2002 
11 V 
10 V 
9 V 
8 V 
7 V 
6 V 
5 V 
4 V 
3 V 
2 V 
1 V...
Oberschwingungen am Feiertag 
in einem Wohngebiet, 26. Dezember 2013 
11 V 
10 V 
9 V 
8 V 
7 V 
6 V 
5 V 
4 V 
3 V 
2 V 
...
Oberschwingungen in einem Bürohaus 
29. März bis 04. April 2014 
4,4% 
240 V 
Stundengenaue Auflösung 
4,2% 
4,0% 
3,8% 
3...
Oberschwingungen in einem Bürohaus 
Sonntag, 30. März 2014 
4,4% 
4,2% 
4,0% 
3,8% 
3,6% 
3,4% 
3,2% 
3,0% 
2,8% 
2,6% 
2,...
Oberschwingungen in einem Bürohaus 
Montag, 31. März 2014 
4,4% 
4,2% 
4,0% 
3,8% 
3,6% 
3,4% 
3,2% 
3,0% 
2,8% 
2,6% 
2,4...
Oberschwingungen in einem Bürohaus 
29. März bis 04. April 2014 
11 V 
10 V 
9 V 
8 V 
7 V 
6 V 
5 V 
4 V 
3 V 
2 V 
1 V 
...
Oberschwingungen in einem Bürohaus 
Sonntag, 30. März 2014 
11 V 
10 V 
9 V 
8 V 
7 V 
6 V 
5 V 
4 V 
3 V 
2 V 
1 V 
0 V 
...
Oberschwingungen in einem Bürohaus 
Montag, 31. März 2014 
11 V 
10 V 
9 V 
8 V 
7 V 
6 V 
5 V 
4 V 
3 V 
2 V 
1 V 
0 V 
U...
Oberschwingungen in der Schweiz 
16. - 17. September 2014 
0,0 V 
0,5 V 
1,0 V 
1,5 V 
2,0 V 
2,5 V 
3,0 V 
3,5 V 
4,0 V 
...
Oberschwingungen in der Schweiz 
16. - 17. September 2014 
1,00% 
1,75% 
2,50% 
3,25% 
4,00% 
4,75% 
16.9.14 21:00 h 
16.9...
Oberschwingungen in der Schweiz 
16. - 17. September 2014
Oberschwingungen in der Schweiz 
16. - 17. September 2014 
0 V 
2 V 
4 V 
6 V 
8 V 
10 V 
U → 
16.9.14 21:00 h 
16.9.14 22...
Oberschwingungen in der Schweiz 
16. - 17. September 2014 
10 V 
8 V 
6 V 
4 V 
2 V 
0 V 
17.9.14 6:59 h 
17.9.14 7:00 h 
...
Oberschwingungen im Mittelspannungsnetz
2. Immens hohe Einschaltstromspitzen 
im Rechenmodell 
140 A 
120 A 
100 A 
80 A 
60 A 
40 A 
20 A 
0 A 
500 V 
400 V 
300...
Keine pure Theorie 
 
Einschaltstrom einer 
Kompakt- 
Leuchtstofflampe und 
deren Rückwirkung 
auf die Netzspannung, 
auf...
Einschaltströme 
Versuch einer Aufnahme mit PQ-Box 200 (Abtastrate 812/Periode) 
10 A 
9 A 
8 A 
7 A 
6 A 
5 A 
4 A 
3 A 
...
Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen 
Hochlaufströme eingeschlossen 
eines modernen Staubsaugers mit Drehzahl- 
Einstellung a...
Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen 
Hochlaufströme eingeschlossen 
eines kleinen Handstaubsaugers 
ohne Drehzahl-Einstellun...
Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen 
Hochlaufströme eingeschlossen 
Lasst ihn uns wieder ausschalten.
Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen: 
Selbst Glühlampen sind nicht ganz linear … 
0,4 A 
0,3 A 
0,2 A 
0,1 A 
0,0 A 
-0,1 A ...
Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen 
… und produzieren ihre Einschaltspitzen! 
9 A 
6 A 
3 A 
0 A 
-3 A 
-6 A 
-9 A 
350 V 
...
Unmäßig hohe Einschalt-Stromspitzen – 
ein rabiater Versuch mit extremer Prüflast 
220 A 
180 A 
140 A 
100 A 
60 A 
20 A ...
Da haben wir den Salat: 
Bei jedem fünften Versuch löst der LS-Schalter B16A aus 
Relais 
E 3209, 
Firma 
Eichhoff, 
Nenns...
39 A 
33 A 
27 A 
21 A 
15 A 
9 A 
3 A 
-3 A 
Immens hohe Einschalt-Stromspitzen 
– aber wirklich, wort-wörtlich! 
325 V 
...
Immens hohe Einschalt-Stromspitzen – 
Kontaktprellen als Zugabe mit eingeschlossen 
8,5 A 
7,5 A 
6,5 A 
5,5 A 
4,5 A 
3,5...
Immens hohe Einschalt-Stromspitzen 
und die Folgen 
Immens hohe Einschalt-Stromspitzen 
und die Folgen: Ausschalten unmöglich!
Immens hohe Einschalt-Stromspitzen 
und Oberschwingungen 
Die Unlösung: 
Glättungskapazität 
verkleinern. 
Hilft natürlich...
Deutlich stärkere Funkenbildung jedoch beim 
Ausschalten – aber ohne Verschweißen 
Und das, 
obwohl 
nur der 
»normale« 
B...
Ursächlich für die Spannungseinbrüche 
ist der Spannungsfall
Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle 
Falle 1 liegt auf der formalen Ebene. 
Laut internationaler Festlegung (SI-Einhei...
Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle 
– ein Fehler in der Norm? Ein Nutzer fragt: 
Aha, also damals waren die 
Formelze...
Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle 
Falle 2 war allerdings 
hausgemacht: 
Fallen 3 und 4 heben sich weit 
gehend gege...
Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle 
Auch Falle 5 war »normal«: 
푢 = 푏 휌1 
퐿 
푆 
cos 휑 + 휆퐿 sin 휑 퐼퐵 
Der Last! 
Der L...
Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle 
Will uns da jemand ein XL für ein U0 vormachen? 
Ergebnis: 
푢 = 푏 휌1 
퐿 
푆 
cos 휑...
Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle 
– doch dies war ja erst Falle Nr. 5 
Das erinnert stark an die »Kurzschlussleistu...
Der Spannungsfall ist ein schwieriger Fall 
Falle 6: Was ist das denn nun eigentlich? 
• Die zwischen Anfang und Ende eine...
Der Spannungsfall ist ein schwieriger Fall 
ΔU = 589,624 V - 500,000 V = 89,624 V < 100,7 V 
ReLast = 400 V 
ImLast = 300 ...
Der Spannungsfall ist ein zweideutiger Fall 
ReLeitung = 100 V ImLeitung = 12,5 V 
Der Spannungsfall 
(zwischen Leerlauf u...
Der Spannungsfall an der Steckdose 
mit einer großen induktiven Prüflast 
Diese hier lässt sich nur über 
einen Einschalts...
Der Spannungsfall an der Steckdose 
gemessen mit einer großen induktiven Last 
17,5 kW 
12,5 kW 
7,5 kW 
2,5 kW 
-2,5 kW 
...
Der Spannungsfall an der Steckdose 
gemessen mit einer großen induktiven Last 
Eine Darstellung in der Totale, über 2 s be...
Der Spannungsfall an der Steckdose 
gemessen mit einer großen induktiven Last 
18 kVA 
15 kVA 
12 kVA 
9 kVA 
6 kVA 
3 kVA...
Der Spannungsfall an der Steckdose 
berechnet mit einer korrigierten Formel 
Berechnung des Spannungsfalls in Kabel- und 
...
3. Abweichende Anzeigewerte 
verschiedener Messmittel 
Der Effektivwert eines Wechsel- oder Mischstroms ist der Wert, 
den...
4. Höhere Belastung der Leiter theoretisch 
– z. B. bei eingangs erwähntem EVG: 
Betragsmittelwert Netzstrom 179 mA 
Effek...
Messung desselben Stroms 
mit einem »Effektivwert-Messgerät« 
und einem Echt-Effektivwert-Messgerät:
Oder 
zumindest 
nicht die 
ganze 
Wahrheit 
Alles Lüge!
Böse Falle: Strom ist nicht gleich Strom 
1 A 1 Ω 
I 
1V 
U 
2 A 1 Ω 
I 
U 
2 V 
0 0 4W 
3W 
2W 
1W 
0W 
P = 1 W 
0ms 5ms ...
Böse Falle: Strom ist nicht gleich Strom 
4A 
3A 
2A 
1A 
0A 
0ms 5ms 10ms 15ms 20ms 
-1A 
-2A 
-3A 
-4A 
i → 
t → 
4W 
3W...
Vorsicht: »Kompensation« 
ist in der Elektrotechnik 
ein schwammiger Begriff! 
Abhilfe-Maßnahme: 
 Parallel- oder 
Reihen...
350 V 
250 V 
150 V 
50 V 
Verhalten einer 
200 V 
180 V 
160 V 
140 V 
120 V 
100 V 
80 V 
60 V 
40 V 
20 V 
Leuchtstoffr...
5. (Ü)be(r)lastung des Neutralleiters 
mit Leuchtstofflampe 58 W 
und KVG / VVG: 
mit Kompakt-Sparlampen 
entsprechender L...
Addition der 3. 
Harmonischen 
im Neutralleiter 
Die Physik fordert: 
Die Summe aller hin- und 
rückfließenden Ströme 
mus...
Oberschwingungs-Tsunami 
durch Glühlampen-Verbot? 
Wohl eher nicht, denn wir sparen ≈70% Energie: 
 mehr Neutralleiterstr...
6. So sähen die Auswirkungen auf einen 
Drehstrom-Asynchronmotor aus: 
Ein und der selbe Motor wird 
gleichzeitig 
M 
3~ Y...
Der Transformator 
beeinflusst die Last …
2 
… doch auch die Last beeinflusst 
den Transformator! Denn: 
Die Verlustleistung eines Transformators ist: 
f 
 
 
I 
...
0,5 
lassen sich mit zwei 
ganz einfachen 
Formeln blitzschnell 
berechnen: 
n N 
I 
h q n 
I 
   
2 
2 
1 
2 
1 
 
 ...
Analyse der Oberschwingungen in 
einer Kompakt-Sparlampe Osram 
Dulux 11 W 
n U I L I N P Z/P CuN 
1 232,7V 48,9mA 0,0mA 3...
Faustregel: Transformator 35% größer 
wählen als nach Scheinleistung erforderlich! 
Damit liegen Sie auch 
im ungünstigten...
8. Auch der Generator 
beeinflusst die Last: 
Transformator: 
uk = 4% oder 
uk = 6% 
Generator: 
uk ≈ 15% … 40%!
8. Auch der Generator 
beeinflusst die Last: 
Transformator: 
uk = 4% / 6% 
Extrem-Beispiel 
Fahrrad-Dynamo: 
uk ≈ 500%!
9. Einfluss auf Kondensatoren: Messung 
einer Leuchtstofflampe 11 W mit KVG 
Aufzug steht 
Aufzug fährt
Veranschaulichung 
Die Effekte Nr. 3, 4 und 5 können Sie sich an der vom DKI entwickelten 
und mehrfach nachgebauten Demon...
3 Glüh-lampen 
auf 
Minimum 
gedimmt 
Nahaufnahme:
2 Glüh-lampen 
auf 
Minimum 
gedimmt, 
1 Glüh-lampe 
auf 
Maximum 
eingestellt 
Nahaufnahme:
3 Glüh-lampen, 
alle Dimmer 
auf 
Maximum 
eingestellt 
Nahaufnahme:
3 Kompakt- 
Leuchtstoff-lampen 
Nahaufnahme:
Drei Eine herkömmliche, herkömmliche, annähernd 
annähernd 
ohmsch-induktive Last 
L1 
L2 L3 
mA 
N 
Zwei Lasten
Eine moderne elektronische Last 
L1 L2 L3 
mA 
N 
ZDwreeii mmooddeerrnnee eelleekkttrroonniisscchhee LLaasstteenn
Das lange hinreichende TN-C-System 
erfüllt heutige Anforderungen nicht mehr 
L1 
L2 
L3 
PEN
Untauglicher Kompromiss: 
Das TN-C-S-System 
L1 
L2 
L3 
N 
PE
Heutigen Anforderungen wird nur ein 
TN-S-System gerecht! 
? ?? 
L1 
L2 
L3 
N 
PE 
Dabei ist der 
Physik die 
Farbe des 
...
… Noch ist in ein dicht Knausernetz: 
bebauten Gebieten 
reine Das TT-Illusion… 
System… 
L1 
L2 
L3 
N 
Lager-raum 
z. B....
Entdeckungen an einem 
Haus-Anschlusskasten 
Strom in der 
Erdungsleitung vom Haus-Übergabepunkt 
zur PA-Schiene 
(Netzspa...
Die bange Frage ist: Was ist denn nun ein 
TN-S-System? 
Dieses hier z. B. ist 
allenfalls ein 
»TN-S-System e. h.«! 
M M ...
So, jetzt ist es promoviert 
Mit nur einem 
zentralen 
Erdungspunkt 
M M 
L1 
L2 
L3 
N 
PE
Oder diplomiert (FH / Bachelor) 
Sofern ausgeschlossen 
werden kann, dass 
beide Quellen 
gleichzeitig speisen, 
kann eine...
Oder wenigstens graduiert mit Zeitvertrag 
Kein Heilmittel, aber 
eine graduelle Lösung 
bei akuten 
Beschwerden kann der ...
ZEP = zentraler Erdungspunkt 
– und nicht … 
Zyniker jun. (Amateur): 
ZEP = ≠ zwei Erdungspunkte 
Zyniker sen. (Profi): 
Z...
Praxisschock 
Wie das Pferd vor der Apotheke: Kupfer knausern im Haus der Metalle 
– und das auch noch durch falsche Bezei...
Praxisschock 
Vom Trafo im Keller 
Weiter 
zum 
nächsten 
Stock 
nach 
oben
Rundfunk-Fachleute betreiben 
schon lange ein »TN-S-S-Netz« 
Erfahrungen aus einer Sendeanstalt: 
N-Strom 150 Hz: 150 A  ...
PE-Ströme kann man lenken: 
Mit 
Ringkernen
Ermittlung des Verhaltens: 
Bei ≈ 3 A geht‘s in die Sättigung
Ermittlung des Verhaltens: 
125mΩ 
100mΩ 
75mΩ 
50mΩ 
25mΩ 
0mΩ 
1000mV 
900mV 
800mV 
700mV 
600mV 
500mV 
400mV 
300mV 
...
Speisung von Drehfeldmotoren – 
einst und jetzt 
L3 L2 L1 
M 
3~ 
Einst 
Jetzt 
M 
3~
Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
N 
S 
– 
+
Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
– 
+ 
L1 
L2 
L3 
N 
S 
 
 
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
– 
+ 
 
 
  
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
– 
+ 
 
 
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
N 
S 
– 
+ 
 
 
  
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
– 
+ 
 
 
 
Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
– 
+ 
 
 
  
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
S 
N 
– 
+ 
 
 
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
– 
+ 
 
 
  
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
– 
+ 
 
 
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
N 
S 
– 
+ 
 
 
  
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
– 
+ 
 
 
 
Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
– 
+ 
 
 
  
 

Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt 
L1 
L2 
L3 
N 
S 
– 
+ 
 
 
 

Speisung von Drehfeldmotoren – 
was nicht passieren darf: 
L1 
L2 
L3 
N 
S 
Fehlsteuerung der 
Schalter! 
– 
+
Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor 
liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 
22A 
18A 
14A 
10A 
6A 
2A 
-2A ...
Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor 
liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 
22A 
18A 
14A 
10A 
6A 
2A 
-2A ...
Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor 
liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 
22A 
18A 
14A 
10A 
6A 
2A 
-2A ...
Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor 
liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 
22A 
18A 
14A 
10A 
6A 
2A 
-2A ...
Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor 
liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 
22A 
18A 
14A 
10A 
6A 
2A 
-2A ...
Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor 
liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 
22A 
18A 
14A 
10A 
6A 
2A 
-2A ...
Höhere Belastung der Wicklungen 
Eine Analyse 
der beiden überlagerten Ströme zeigt: 
»Normaler« Motorstrom (Nennstrom): 1...
6A 
5A 
4A 
3A 
2A 
1A 
0A 
Daher sind Rechteckspannungen nichts für 
Drehfeldmotoren, also hacken wir sie klein! 
600V 
5...
10. Doch jetzt machen uns die hohen 
Filterströme zu schaffen! 
L1 
L2 
L3 
Fi 
N 
PE
10. Doch jetzt machen uns die hohen 
Filterströme zu schaffen!
10. Doch jetzt machen uns die hohen 
Filterströme zu schaffen! 
So klein 
sollten sie 
sein … 
IEC 61140
10. Doch jetzt machen uns die hohen 
Filterströme zu schaffen! 
… und so groß sind sie tatsächlich!
Deshalb fordern nunmehr weitere Fach-leute 
das »TN-S-S-Netz« mit 6 Leitern! 
L1 
L2 
L3 
Fi 
N 
FPE 
PE 
Nun … sind doch ...
Zwickmühle 
+ Hohe Frequenz verbessert 
die Rekonstruktion der Sinuskurve … 
– … und erhöht kapazitive Filterströme 
+ Hoh...
Filterströme im PC-Netzteil
Filterströme 
Das mit dem Ableitstrom bekommen wir schon 
noch hin. 
Wenn solch ein Filter erst einmal lange Zeit außer 
B...
Nehmen wir einen »neuen« 
(aus einer alten Waschmaschine) 
Die Schaltung finden wir eingeprägt
V 
Innenleben und Versuchs-Beschaltung 
2,2 MW 
A 
2*1 mH 
500 nF 2*20 nF 
L 
N 
PE
Rechnung und Messung 
widersprechen sich mal wieder 
Ableitstrom 
theoretisch 
(50 Hz) 
↓ 
1 
1 
XC 159 
    W 
V 
230...
Praxistest 
Nach voran gegangener Erfahrung wurden 
die Versuche vorsichtshalber 
im Freien fortgesetzt!
Da haben wir es schon! 
Nach nur 7 Minuten 
der volle Erfolg: 
Knall, Rauch, 
16-A-Leitungsschutzschalter ausgelöst, 
500-...
Also ab in die Fachpresse damit! 
N 
FPE 
PE 
Nur blöd, dass die Beschriftung 
in der Zeichnung falsch wiedergegeben wurde
Die Reaktionen 
ließen nicht lange auf sich warten 
Ralf-Dieter Roth, BG ETEM, Dresden: 
»Ich hab mit Interesse und Vergnü...
Die Reaktionen 
ließen nicht lange auf sich warten 
Gerhard Maier, Sachverständiger, Ostfildern: 
»Das Bild 6-Leiter-Netz ...
Die Reaktionen 
ließen nicht lange auf sich warten 
Klaus Bödeker, 
langjähriger Autor derselben Fachzeitschrift: 
»Mir ge...
Die Reaktionen 
ließen nicht lange auf sich warten 
Wolfgang Esser, Eaton Industries GmbH, Bonn: 
Meiner Meinung nach pass...
Die Reaktionen 
ließen nicht lange auf sich warten 
Ingenieur- und Sachverständigenbüro Andreas Holfeld, Dresden: 
»Im Tex...
Die Reaktionen 
ließen nicht lange auf sich warten 
Toni Baumeler, Schweiz: 
»Den Beitrag in der November Ausgabe ET Elekt...
Die Reaktionen 
ließen nicht lange auf sich warten 
Markus Riedl: 
»Ihren Artikel fand ich sehr interessant, da ich mich s...
Die Reaktionen 
ließen nicht lange auf sich warten 
Axel Goldmann, Köln: 
»Irgendwie hat sich mir nicht so ganz erschlosse...
Die Reaktionen 
ließen nicht lange auf sich warten 
Enno Hering, Dresden: 
»Ihr Beitrag … gefällt mir sehr. Ich freue mich...
Eine Finndige, Finnanziell tragbare ErFinn-dung 
sorgt in manchen Fällen für Abhilfe: 
Deutsche »THFVersion 
« 
(third »TH...
90° 
75° 
60° 
45° 
30° 
15° 
0° 
-15° 
-30° 
-45° 
-60° 
-75° 
-90° 
Daten und Frequenzgang des Filters 
35Ω 
30Ω 
25Ω 
2...
L 
C 
I ≈ 0 
U 
Vorsicht bei Parallel- 
Resonanzfiltern: 
Man sieht von außen 
nicht, was drinnen 
abgeht! 
Es fließt prak...
Einsatz in der Praxis: 
Ein typisches Büro- und Verwaltungs-Gebäude
Da haben wir es schon: 
Durch den Filter fließen 50 A (50 Hz, 250 Hz …). 
Am Filter liegen 27,5 V bei 150 Hz an. 
Im Filte...
Einsatz in der Praxis: 
Ein Gewächshaus mit 500 kW 
Natriumdampflampen
Günstigerer Einsatzfall: 
Wegen der großen Last (1100 A je Außenleiter) wurde hier das große 
Modell (160 A) eingesetzt. D...
11. Im TN-C-System: 
Wer N-Leiter abknappst 
oder verPENnt oder 
abgeknappste oder 
verPENnte installiert und 
in Betrieb ...
Der Schweizer EMV-Transformator: 
»Wir bauen Transformatoren in erster Linie nach Maß und erst in zweiter 
Linie nach Norm...
Große 
Einphasenlast 
12. Im TN-C-System mischen sich 
Daten- und Betriebsströme. 
Das kann nicht gut gehen!
Große 
Einphasenlast 
12. Nur im TN-S-System bleiben 
Betriebsströme dort, wohin 
sie gehören.
… so nennen das… die 
Sachversicherer … 
… die BG, 
die Gutachter 
und viele andere
13. Häufung von Korrosionsschäden 
Dieses (vormals) verzinkte Bandeisen führte in 
einem TN-C-S-System an einer Trafostati...
Betriebsströme sind in Erdungssystemen 
und Schutzleitern zu vermeiden, 
aber so geht das nicht,  
sondern nur so! 
14. Hau rein! 
Freie Bahn dem 
Blitzschlag
15. Auswirkungen auf Hoch-und 
Mittelspannungsnetze 
abhängig von der Sternpunktbehandlung 
(Prof. H.-C. Müller, VEW, FH D...
OSPE: Ohne Sternpunkterdung 
380 kV; 
220 kV; 20 kV; 400 V / 
110 kV 10 kV 230 V
SSPE: Starre Sternpunkterdung 
380 kV; 
220 kV; 20 kV; 400 V / 
110 kV 10 kV 230 V
NOSPE: Niederohmige 
Sternpunkterdung 
380 kV; 
220 kV; 20 kV; 400 V / 
110 kV 10 kV 230 V
KNOSPE: Kurzzeitige niederohmige 
Sternpunkterdung 
380 kV; 
220 kV; 20 kV; 400 V / 
110 kV 10 kV 230 V
380 kV; 
220 kV; 20 kV; 400 V / 
110 kV 10 kV 230 V 
25500 H Hzz:: 
1 
usw. 
φ3=-240°+90°=-150° 
φ2=-120°+90°=-30° 
L C X ...
Mehr zum Thema: 
www.elektropraktiker.de/nc/fachinformationen/fachartikel/?details=78478
VDE 0100-540:1991-11: 
Hinter der Aufteilung des PEN-Leiters in Neutral- und Schutzleiter 
dürfen diese nicht mehr miteina...
Dann ist doch der Rest kein 
Wunder mehr! 
See you later, compensator!
Am Flughafen Paderborn / Lippstadt…
…wurde das Netz zeitgemäß aufgeräumt
Man sollte auch bei Wahrheiten auf das 
Verfallsdatum achten, zum Beispiel: 
»Der PEN-Leiter nimmt in TN-C-Systemen eine 
...
Und zur Ehrenrettung der Firma muss 
man auch noch sagen: 
Aus deren 
Reihen 
stammt 
immerhin 
die 
Erfindung 
des »PEN-T...
Also: Schneiden wir doch die alten Zöpfe 
endlich mal ab! Alt genug sind sie ja… 
UPS!
Es gibt sie doch: Zukunftssichere Kabel 
und Leitungen für zeitgemäße Installationen 
 Gibt‘s leider 
noch viel zu viele:...
Und hat es schon in sein Logo 
eingearbeitet: 
 
Aller guten Dinge sind 5! 
Ein Hersteller 
sagt es 
gleich ganz 
klar: 
...
Und was sagen die Normen dazu? 
Kleiner Exkurs gefällig? Mogelpackung in der VDE 0295
DIN VDE 0100-520 Beiblatt 3 
(VDE 0100-520 Beiblatt 3) 
Jetzt endlich erschienen 
Errichten von Niederspannungsanlagen 
Au...
Netz belastet mit je 1 Gerät pro Außenleiter 
Beispielmessungen 
Leistungsaufnahme Strom 
P Nenn P Mess S Mess I L1 I L2 I...
Oder lesen Sie z. B. in der 
EN 50174-2:2000, Absatz 6.4.3: 
»Es muss … berücksichtigt werden, dass ein PEN-Leiter 
… kein...
Oder besser noch in EN 50174-2:2011-09: 
7.1.4.1 Allgemeines 
»Hinsichtlich der EMV-Problematik darf ein PEN-Leiter, 
über...
Oder in der VDE 0100 Teil 444:1999-10: 
» … In Gebäuden, die in bedeutendem Umfang 
Betriebsmittel der Informationstechnik...
Oder in der VDE 0100 Teil 444:2010-10: 
»444.4.3.1 TN-C-Systeme dürfen in neu errichteten Gebäuden, die 
eine wesentliche ...
Aber es geht auch anders! 
EN 50310 Abs. 6.3 sagt schon seit 
September 2000: 
»Die Wechselstrom-Verteilungsanlage in eine...
EN 50310:2006-07 
gilt auch für Gleichstrom-Verteilungen innerhalb 
von Telekommunikations-Gebäuden: 
»Die Gleichstromvert...
Somit gilt auch hier – siehe 
HD 60364-5-54 S2: 2006: 
»543.5.2 Fremde leitfähige Teile dürfen als PEL-oder 
PEM-Leiter ni...
Wie man mit Normen am besten umgeht? 
Indem man sie umgeht! 
Die Telekom arbeitet lieber weiterhin 
nach dem DC-C-System. ...
In EN 50310 finden sich unmittelbar 
hintereinander die »Fest«-legungen: 
»8.1.1 The DC distribution system may take the 
...
Sind die Tage der EN 50310 gezählt? 
ISO-IEC 30129 in Arbeit …
Die wahrscheinlich größte 
»Unnorm« der Gegenwart, EN 50160 
gliedert sich in drei Hauptabschnitte: 
1. Anwendungsbereich,...
Die EN 50160 sagt zur Netzspannung, 
dass diese möglichst da sein sollte; außer … 
• »Unter normalen Betriebsbedingungen m...
Die EN 50160 sagt zu Oberschwingungen 
der Spannung in Nieder- und Mittelspannungsnetzen: 
8% 
7% 
6% 
5% 
4% 
3% 
2% 
1% ...
Die EN 50160 sagt zu Oberschwingungen 
der Nieder- und Mittelspannung: 
Auf allen Spannungsebenen müssen 
• »unter normale...
Die EN 50160 sagt zur Netzfrequenz: 
Der 10-s-Mittelwert muss – natürlich wiederum nur »unter 
normalen Betriebsbedingunge...
Die EN 50160 aber bietet zur Netzfrequenz 
• einen Abschnitt zur Frequenz in 
Hochspannungsnetzen, 
• einen Abschnitt zur ...
Die EN 50160 sagt zur Stabilität 
der Frequenz von Inselnetzen: 
In Inselnetzen sind die Anforderungen noch gnädiger. 
Der...
Die EN 50160 sagt zur Stabilität 
der Frequenz von Inselnetzen: 
In der Tat … 
aber werfen 
wir doch 
einmal 
einen Blick ...
Die Praxis sagt zur Stabilität 
der Frequenz auf Inselnetzen: 
Beobachtung auf Malta 
• 495.000 Einwohner, 
• 547 MW: 
Fre...
Die Praxis sagt zur Frequenz im Verbundnetz 
50,075Hz 
236V 
Verlauf von Spannung und Frequenz am 
Bereich (5-s-Mittelwert...
Die Praxis sagt zur Frequenz im Verbundnetz 
z. B. nach einem Kraftwerksausfall 
in der Türkei am 29.09.2010, 
HPP Atatürk...
Der Notfallplan der ENTSO-E 
sagt zur Frequenz im Verbundnetz: 
Stufe 1 49,8 Hz Alarmierung des Personals, 
Einsatz der no...
Hoffentlich bekommen wir nie 
eine Versorgung nach EN 50160! 
Die VDE 0100-100 sagte noch im August 2002: 
»Die in DIN EN ...
Was sagen die Normen zu Ableitströmen? 
z. B. IEC 950: Messung der Ableitströme 
Diese Norm 
erfasst nur 
50-Hz-Ströme, 
h...
Vorschlag für ein neues Berufsbild: 
Fachkraft für babylonische Sprachverwirrung 
Ein Turmbauer, sagt eine Fabel, 
dem wur...
Warum eigentlich noch Entstör-Maßnahmen? 
Seit 01.01.2001 ist die EN 61000-3-2 in Kraft, 
und seither stört doch nichts me...
Dabei sind die einzuhaltenden Toleranzen 
der Netzspannung für die Prüfung recht eng: 
2,0% Abweichung vom Nennwert, 
0,9%...
Versuch der gegenseitigen Kompensation 
der dritten Oberschwingung zwischen Außenleiter 
und Neutralleiter gegen diejenige...
Und wie sehen die vom Gerät einzu-haltenden 
Grenzwerte des Stroms aus? 
Z. B. in Klasse D: 
Personal-Computer und 
deren ...
Der THDI darf ganz legal und normkonform 
recht hübsche Werte erreichen! 
Tabelle 3 aus DIN EN 61000-3-2 
(VDE 0838-2:2006...
Die Einhaltung dieser Grenzwerte 
ist ja wohl kein Kunststück! 
Betrachten wir z. B. einen alten PC aus der Zeit 
vor dem ...
Lösung 1: 
Geräte einzeln betrachten: 
40 W PC, 
60 W Monitor, 
16 W Peripherie 
Klasse D: 
Personal-Computer und deren Mo...
Lösung 2: Nennwert 4% über 
Messwert legen (5% sind erlaubt!) 
Grenze: 116 W * 3,4 mA/W * 1,05 = 414 mA 
Messung dritte Ha...
Lösung 3: Ohmsche Last parallel schalten. 
So kommen Sie leicht > 600 W. 
Klasse D: 
Personal-Computer 
und deren Monitore...
Lösung 4: 
Ohmscher Serienwiderstand 
»Glühlampe reinhauen«, wie ein Zyniker sagte. 
Gehen wir noch einmal zurück zu den 
...
Lösung 5: 
Nur ein Weilchen warten … 
… denn nach EN 61000-3-2 wird der 
Mittelwert der in einem bestimmten Zeitfenster 
v...
95% 
90% 
85% 
80% 
75% 
125W 
100W 
75W 
50W 
25W 
0W 
08:00h 
09:00h 
10:00h 
11:00h 
12:00h 
13:00h 
14:00h 
15:00h 
16...
0W 
75% 
80% 
75W 
85% 
90% 
150W 
95% 
25W 
50W 
100W 
125W 
12:00:00 
12:00:15 
12:00:30 
12:00:45 
12:01:00 
12:01:15 
...
150W 
135W 
120W 
105W 
90W 
75W 
60W 
45W 
30W 
15W 
0W 
900mA 
750mA 
600mA 
450mA 
300mA 
150mA 
0mA 
Ih → 
08:00h 
09:...
Fluggenehmigung für eine Lokomotive 
Klasse D: 
Personal-Computer 
und deren Monitore, 
Fernsehgeräte mit 
einer Eingangsl...
Laptop-Netzteil 65 W 
Akku 
ladend 
Akku voll
Laptop-Netzteil 90 W 
Akku 
ladend 
Akku voll
Fernsehen 
im Wandel der Zeit 
Röhren-gerät 
1990 
Flach-bild-schirm 
2010
Oder sehen wir uns einmal die 
Grenzwerte für Klasse C (Lampen) an 
… und diese Osram Dulux EL 11 W 
danach: 
Diese Lampe ...
Nur bei größeren Lampen und 
EVG >25 W greift die Norm …
… also offensichtlich bei LED-Lampen 
schon mal nicht! 
Messungen an einer LED-Leuchtröhre 
(nach Ausbau des Vorschaltgerä...
Normen geben allgemeine Mindest-Anforderungen 
zur Sicherheit, doch die 
obliegt dem Planer, 
dem Handwerker, 
dem Gebäude...
Und damit zum Unwort des Tages: 
Neu-Anlagen sind sicher durch 
Fehlerstromschutz. 
Alt-Anlagen sind sicher durch Bestands...
Preisfrage 2: 
Wo finde ich 
Aussagen zum 
Bestandsschutz 
in der VDE 0100? 
Nirgends!
Normen im Wandel der Zeit: 
Anpassung ist notwendig!
Weitere Möglichkeit, 
Kurven zu verbiegen: 
Der gewöhnliche 
Phasenanschnittdimmer 
hier z. B. mit 300 W 
Glühlampenlast 
...
Weitere Möglichkeit, 
Kurven zu verbiegen: 
Der gewöhnliche 
Phasenanschnittdimmer 
hier z. B. mit 300 W 
Glühlampenlast 
...
Weitere Möglichkeit, 
Kurven zu verbiegen: 
Der gewöhnliche 
Phasenanschnittdimmer 
hier z. B. mit 300 W 
Glühlampenlast 
...
Weitere Möglichkeit, 
Kurven zu verbiegen: 
Der gewöhnliche 
Phasenanschnittdimmer 
hier z. B. mit 300 W 
Glühlampenlast 
...
Weitere Möglichkeit, 
Kurven zu verbiegen: 
Der gewöhnliche 
Phasenanschnittdimmer 
hier z. B. mit 300 W 
Glühlampenlast 
...
Eine ganz alte Möglichkeit, die Stromkurven 
zu verbiegen: Reihenschlussmotoren 
haben ebenfalls keinen 
rein linearen Cha...
Eine oft überschätzte Möglichkeit, 
die Stromkurven zu verbiegen: 
Transformatoren-Leerlaufströme 
Leerlaufstrom eines Ver...
Weitere Möglichkeit, den N-Leiter zu 
(ü)be(r)lasten: Gleichströme … 
Original »Fälschung« 
N L3 L2 L1 
400 V 50 Hz 
+ 
U ...
… ihre möglichen Quellen … 
… z. B. ein ganz ordinärer älterer Haarföhn …
… und ihre 
Auswirkungen
Heutige Geräte lassen den Quatsch 
Wenigstens das hat die EN 61000-3-2 
(Klasse A – Haushaltsgeräte) gebracht: 
Grenzwert ...
Oder auch nicht 
1,05 A sind ja immer noch erlaubt! 
Das muss man doch »ausnutzen«! 
Hier ein neues Modell nach EN 61000-3...
Ein Unglück kommt selten allein 
Ein Haartrockner auch
Noch einmal: 
Auswirkung ohne Haartrockner, 
mit einem Haartrockner 
und mit zwei Haartrocknern 
auf einen Ringkern-Transf...
Leerlaufstrom eines Ringkerntrafos 400 VA 
ohne »Föhn-Einfluss« 
0,03A 
0,02A 
0,01A 
-0,01A 
-0,02A 
-0,03A 
325V 
275V 
...
Doch wird der Haartrockner eingeschaltet, 
läuft der Leerlaufstrom des Trafos hoch … 
6,0A 
5,0A 
4,0A 
3,0A 
2,0A 
1,0A 
...
Leerlaufstrom Ringkerntrafo 400 VA an L3 
mit Föhn 1200 W (neu) an L3 
7,5A 
6,5A 
5,5A 
4,5A 
3,5A 
2,5A 
1,5A 
0,5A 
-0,...
Leerlaufstrom Ringkerntrafo 400 VA an L3 
mit Föhn 1200 (neu) W an L3 und Föhn 1800 W (neu) an L2 
7,5A 
6,5A 
5,5A 
4,5A ...
Leerlaufstrom Ringkerntrafo 400 VA an L3 
mit Föhn 1200 W an L3, 1800 W an L2 und 1500 W (alt) an L1 
7,5A 
6,5A 
5,5A 
4,...
Oberschwingungen
Oberschwingungen
Oberschwingungen
Oberschwingungen
Oberschwingungen
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Oberschwingungen
Oberschwingungen
Oberschwingungen
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  1. 1. Neue Last in alten Netzen Stefan Fassbinder Deutsches Kupferinstitut www.copperalliance.de www.kupferinstitut.de/de/werkstoffe/anwendung/emv/oberschwingungen.html
  2. 2. Was eignet sich als elektrischer Leiterwerkstoff und was nicht? Silber Kupfer (99,95%) 57,0 62,5 MS/m Aluminium Kupfer (99,95%) 57,0 37,0 MS/m Eisen Gold 10,0 45,5 MS/m Aluminium Bronze (CuSn8) 37,0 7,5 MS/m Blei Eisen 10,0 4,8 MS/m Platin Edelstahl 9,5 1,0 MS/m Kohle Bronze (CuSn8) 0,025 7,5 MS/m Blei 4,8 MS/m Edelstahl 1,0 MS/m Kohle 0,025 MS/m
  3. 3. Einzig möglicher Konkurrent: Aluminium Hoch- und Mittelspannungs- Freileitungen Stromschienen Gegossene Läuferkäfige für Drehstrom- Asynchronmaschinen NEU! Nieder- und Kommunikations-und Datenleitungen Transformatoren Mittelspannungs-Erdkabel Motoren-wicklungen Installations-leitungen Hoch- und Höchst-spannungs- Erdkabel Aluminium Kupfer
  4. 4. Daher kann sogar die Kupfer-Industrie ohne Schwierigkeiten zugeben: Auch Aluminium kann ein guter Leiterwerkstoff sein! Doch gibt ein Fachmann von Schneider Electric zu bedenken: »Aluminium ist nur etwas für arme Leute!«
  5. 5. Wenn um 1900 der Strom für eine Minute ausfiel, war es eine Minute lang dunkel. Wenn der Strom für eine Sekunde ausfiel, war es eine Sekunde lang dunkel.
  6. 6. Wenn um 1950 der Strom für eine Sekunde ausfiel, war es drei Sekunden lang dunkel.
  7. 7. Wenn heute der Strom auch nur für 50 ms ausfällt, • gehen Daten verloren, • ist der Rechner abgestürzt, • dauert es Minuten oder gar Stunden, ehe der Betrieb wieder seinen geregelten Gang nimmt. Fazit: Selbst bei Strom-Ausfall darf heutzutage der Strom eigentlich gar nicht ausfallen!
  8. 8. Statistik – Wahrheit, Lüge oder Irrtum? »Es gibt drei Arten der Lüge: Die gewöhnliche Lüge, den Meineid und die Statistik.« »Ich glaube nur an Statistiken, die ich selbst gefälscht habe.« »So lügt man mit Statistik« (Buchtitel). Sprach der Statistiker zu seinem Kunden: »Nun habe ich Ihre Daten extra poliert … und Ihnen gefallen sie immer noch nicht!« Dabei ist Datenflut der beste Datenschutz!
  9. 9. Ausfallzeit nach VDN-Statistik: Italien 190 min/a Norwegen 180 min/a Schweden 152 min/a Großbritannien 63 min/a Frankreich 57 min/a Niederlande 25 min/a Deutschland 15 min/a (vor Münsterland) Deutschland 13 min/a (nach Münsterland) (Alt: Ausfälle <1 min. sind keine Ausfälle Neu: Durch ungewöhnliche Wetterbedingungen verursachte Ausfälle sind keine Ausfälle mehr) ? !
  10. 10. Statistik – so funktioniert das, z. B.: Erneuerbare Energien jetzt die Nr. 2! 25% 20% 15% 10% 5% 0% Kernenergie Braunkohle Steinkohle Erdgas Sonstige Erneuerbare Energien
  11. 11. Statistik – so funktioniert das, z. B.: Brutto-Stromerzeugung in Deutschland 2011 25% 20% 15% 10% 5% 0% Kernenergie Braunkohle Steinkohle Erdgas Sonstige Wind Biomasse Fotovoltaik Wasser Siedlungs-abfälle
  12. 12. Statistik – so funktioniert das, z. B.: Erneuerbare Energien weit abgeschlagen! 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Fossile Energien Sonstige Wind Biomasse Fotovoltaik Wasser Siedlungs-abfälle
  13. 13. Statistik – so funktioniert das, z. B.: Zwei Sportler laufen um die Wette. Ergebnis: Der Eine wird immerhin Zweiter. Der Andere wird leider nur Vorletzter. Aber jetzt Schluss mit dem Exkurs in die Statistik – zur Sache:
  14. 14. Versorgungssicherheit in Südafrika
  15. 15. Dabei gibt es heute eine ganze Menge mehr Gründe für Ausfälle und Störungen! Denn die Zusammensetzung der Verbraucher im Netz hat sich in den letzten Jahren durch den starken Zuwachs an elektronischen Geräten erheblich verändert. Diese Geräte sind mit Gleichrichter und Glättungs-Kondensator ausgestattet, was den Verlauf des aufgenommenen Stroms sehr stark von der Sinusform abweichen lässt. Doch die Netze sind die selben geblieben!
  16. 16. Probleme mit der Stromversorgung sind daher in den meisten Fällen eher irdischen Ursprungs Hildegard, schalt' den Quirl aus, mein Bildschirm flackert!
  17. 17. Was bisher geschah: 350 V 250 V 150 V 50 V 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -50 V -150 V -250 V -350 V u → t → u (L1) u (L2) u (L3) 15 A 10 A 5 A 0 A 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -5 A -10 A -15 A i → t → i1 (L1) i1 (L2) i1 (L3)  Ideale Dreiphasen- Netzspannung  3 gleiche ohmsch-induktive Einphasen-Lasten an 3 Außenleitern
  18. 18. Drehstrom-Erzeugung mit 6 Leitern +–– +–– +–– +–– +–– +–– N S
  19. 19. Drehstrom-Erzeugung mit 4 Leitern +–– +–– +–– 0 N S
  20. 20. Drehstrom-Erzeugung mit 3 Leitern +–– +–– +–– N S
  21. 21. 3 A 2 A gleichgerichtete gleichgerichtete Netzspannung Netzspannung Kondensator-spannung 1 A 0 A 350 V 300 V 250 V 200 V 150 V 100 V 50 V 0 V u → 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms t → i → gleichgerichtete Netzspannung gleichgerichteter Netzstrom Was heute geschieht: Z. B. (rechnerisch) beim Betrieb einer Leucht-stofflampe 230 V 58 W mit (archaischem) EVG an einem Außenleiter eines typischen Netzes Netzspannung: 230 V Netzfrequenz: 50 Hz Netzwiderstand: 500 mW Netz-Induktivität: 904 μH Netz-Impedanz: 575 mW Gleichstromlast: 180 mA Glättungskapazität: 50 μF
  22. 22. Was macht man heute bei EVG über 25 W? Elektronische Leistungsfaktor-Korrektur einbauen 70 mA 60 mA 50 mA 40 mA 30 mA 20 mA 10 mA 0 mA 220 V 200 V 180 V 160 V 140 V 120 V 100 V 80 V 60 V 40 V 20 V 0 V i → u → φ → 0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45°
  23. 23. All dies hat mehrere zuvor nicht gekannte Auswirkungen: 1. Verformung der Spannungskurven 2. Immens hohe Einschaltstromspitzen 3. Abweichende Anzeigewerte verschiedener Messmittel 4. Höhere Belastung der Leiter 5. Belastung des Neutralleiters 6. Überhitzung und Hochlaufprobleme bei Drehfeldmotoren 7. »Zusätzliche Zusatzverluste« in Transformatoren 8. Rückwirkungen von Generatoren auf das Netz 9. Einfluss auf Kondensatoren, Netzrückwirkungen 10. Schutzleiterströme → RCD-Fehlauslösungen … und als besondere Folgen im NS-Netz nach dem TN-C-System: 11. Betriebsströme im PA: Magnetische Streufelder 12. Betriebsströme in der EDV: Datenfluss gehemmt 13. Betriebsströme im Erder: Korrosionsschäden 14. Blitzströme in Geräten und Betriebsmitteln … und als »Fernwirkung« bis ins MS-Netz bei RESPE: 15. Gefährliche Berührungsspannungen
  24. 24. 1. Verformung der Spannungskurven – in der Theorie … 350 V 250 V 150 V 50 V Netzspannung beim einphasigen Betrieb 20 archaischer EVG an einem typischen Netz 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -50 V -150 V -250 V -350 V u → t → u(t) L1 (20 * i1) [V]
  25. 25. … und in der Praxis Real existierende Verläufe von Strom  und Spannung  in einem großen Lager-, Versand- und Verwaltungsgebäude
  26. 26. So etwas nennt man Oberschwingungen. Oder Harmonische? Oder wie sonst? Und wie zählt man die? In der Norm und an der Universität (z. B. bezogen auf 50-Hz-Netze): 50 Hz Grundschwingung oder 1. Harmonische, 100 Hz 1. Oberschwingung oder 2. Harmonische, 150 Hz 2. Oberschwingung oder 3. Harmonische, … In der Praxis (hier mit f = 50 Hz): Oberschwingungen und Harmonische sind Synonyme (»Oberharmonische«). Ordnungszahl n = 1: Grundschwingung ≡ 1. Oberschwingung ≡ 1. Harmonische, Ordnungszahl n = 2: 2. Oberschwingung ≡ 2. Harmonische …
  27. 27. So etwas nennt man Oberschwingungen. Oder Harmonische? Oder wie sonst? Und was ist z. B. mit Gleichströmen in Wechsel- und Drehstromnetzen? Kommt nicht vor? Oh doch! Dazu später mehr. Gleichstrom: f = 0, also: 0. Harmonische = -1. Oberschwingung (?) Übersetzen Sie das doch mal ins Englische (IEV 101-14-51): Harmonische = harmonic; dagegen: Oberschwingung = harmonic. Das ist wie bei Kabeln und Leitungen: Kabel = cable (IEV 151-12-38); Leitung = cable (IEV 151-12-27).
  28. 28. Jeder periodische Vorgang lässt sich durch eine unendliche Summe sinusförmiger Vorgänge darstellen 175% 125% 75% 25% Quadratwerte 0,9989A Betrags-Mittelwert: │i AV│ = 0,8660A Drei-eck I I ² = gesamt nur für THD 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -25% -75% -125% -175% i/I → t → i1 i3 i (L1) Echt-Effektivwert: I = 0,9927A Fourier- Koeffizienten (Scheitel-werte) 1 Grundschwingung: 1 = 0,9927A 10,9855A² 0,0000A² 1,4039A Summe der Quadrate: SI n0,9855A0,0000AWurzel hieraus: 0,9927A 0,0000A THDr (root mean square): 0A/0,992A = 0,0% THDf fundamental): 0A/0,992A 0,0% 3 . Oberschwingung: I 3 = -0,1103A I 3² = 0,0122A² 0,0122A² -0,1560A Summe der Quadrate: SI n² = 0,9977A² 0,0122A² Wurzel hieraus: 0,9989A 0,1103A THDr (root mean square): 0,110A/0,998A = 11,0% THDf (fundamental): 0,110A/0,992A = 11,1% i1 i3 i5 i (L1) 0,9996A Summe der Quadrate: SI n0,9993A0,0137AWurzel hieraus: 0,9996A 0,1172A THDr root mean square): 0,117A/0,999A 11,7% THDf fundamental): 0,117A/0,992A 11,8% i3 i5 i7 Errechnete Werte 0,9998A Summe der Quadrate: SI n0,9997A0,0142AWurzel hieraus: 0,9998A 0,1190A THDr (root mean square): 0,118A/0,999A = 11,9% THDf (fundamental): 0,118A/0,992A = 12,0% i9 i (L1) 0,9999A Summe der Quadrate: SI n0,9998A0,0143AWurzel hieraus: 0,9999A 0,1196A THDr root mean square): 0,119A/0,999A THDf fundamental): 0,992A i1 i3 i5 i7 i9 i11 i (L1) Summe der Quadrate: SI n0,9999A0,0144AWurzel hieraus: 1,0000A 0,1199A THDr (root mean square): 0,119A/0,999A = 12,0% THDf fundamental): 0,119A/0,992A 12,1% i13 i (L1) Summe der Quadrate: SI n0,9999A0,0144AWurzel hieraus: 1,0000A 0,1200A THDr (root mean square): 0,120A/0,999A = 12,0% THDf (fundamental): 0,120A/0,992A = 12,1% i1 i3 i5 i7 i9 i11 i13 i15 i (L1) Summe der Quadrate: SI n1,0000A0,0144AWurzel hieraus: 1,0000A 0,1201A THDr root mean square): 0,999A 12,0% THDf fundamental): 0,992A 12,1% i17 i (L1) eff 1,0000A 5 . Oberschwingung: I 5 = 0,0397A I 50,0016A0,0016A0,0562A 7 . Oberschwingung: I 7 = -0,0203A I 7² = 0,0004A² 0,0004A² -0,0287A 9 . Oberschwingung: I 9 = 0,0123A I 9² = 0,0002A² 0,0002A² 0,0173A 11 . Oberschwingung: I 11 = -0,0082A I 11² = 0,0001A² 0,0001A² -0,0116A 13 . Oberschwingung: I 13 = 0,0059A I 13² = 0,0000A² 0,0000A² 0,0083A 15 . Oberschwingung: I 15 = -0,0044A I 15² = 0,0000A² 0,0000A² -0,0062A 17 . Oberschwingung: I 17 = 0,0034A I 17² = 0,0000A² 0,0000A² 0,0049A Summe der Quadrate: SI n² = 1,0000A² 0,0144A² Wurzel hieraus: 1,0000A 0,1202A THDr (root mean square): 0,120A/0,999A = 12,0% THDf (fundamental): 0,120A/0,992A = 12,1%
  29. 29. Jeder periodische Vorgang lässt sich durch eine unendliche Summe sinusförmiger Vorgänge darstellen gesamt nur für THD Recht-eck 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms i (L1) Echt-Effektivwert: I = 0,9003A Summe der Quadrate: SI n0,8106A0,0000AWurzel hieraus: 0,9003A 0,0000A THDr (root mean square): 0A/0,900A = 0,0% THDf fundamental): 0A/0,900A 0,0% 175% 125% 75% 25% -25% -75% -125% -175% i/I → t → i1 i3 i (L1) Quadratwerte 0,9490A Summe der Quadrate: SI n0,9006A0,0901AWurzel hieraus: 0,9490A 0,3001A THDr (root mean square): 0,300A/0,949A = 31,6% THDf fundamental): 0,300A/0,900A 33,3% Fourier- i1 i3 i5 i (L1) eff 0,9659A AVKoeffizienten (Scheitel-werte) 3 . Oberschwingung: I 3 = 0,3001A I 3² = 0,0901A² 0,0901A² 0,4244A 5 . Oberschwingung: I 5 = 0,1801A I 5² = 0,0324A² 0,0324A² 0,2546A Summe der Quadrate: SI n0,9331A0,1225AWurzel hieraus: 0,9659A 0,3500A THDr (root mean square): 0,349A/0,965A = 36,2% THDf fundamental): 0,349A/0,900A = 38,9% i3 i5 i7 Errechnete Werte 0,9745A Betrags-Mittelwert: │i │ = 1,0000A 1 Grundschwingung: I 1 = 0,9003A I 1² = 0,8106A² 0,0000A² 1,2732A 7 . Oberschwingung: I 7 = 0,1286A I 7² = 0,0165A² 0,0165A² 0,1819A Summe der Quadrate: SI n² = 0,9496A² 0,1390A² Wurzel hieraus: 0,9745A 0,3729A THDr (root mean square): 0,372A/0,974A 38,3% THDf (fundamental): 0,372A/0,900A = 41,4% i9 i (L1) 0,9796A Summe der Quadrate: SI n0,9596A0,1490AWurzel hieraus: 0,9796A 0,3861A THDr root mean square): 0,386A/0,979A 39,4% THDf fundamental): 0,386A/0,900A 42,9% i1 i3 i5 i7 i9 i11 i (L1) 0,9830A Summe der Quadrate: SI n0,9663A0,1557AWurzel hieraus: 0,9830A 0,3946A THDr (root mean square): 0,394A/0,983A = 40,1% THDf fundamental): 0,394A/0,900A 43,8% i13 i (L1) 0,9854A Summe der Quadrate: SI n0,9711A0,1605AWurzel hieraus: 0,9854A 0,4007A THDr (root mean square): 0,400A/0,985A = 40,7% THDf (fundamental): 0,400A/0,900A = 44,5% i1 i3 i5 i7 i9 i11 i13 i15 i (L1) 0,9873A Summe der Quadrate: SI n0,9747A0,1641AWurzel hieraus: 0,9873A 0,4051A THDr root mean square): 0,405A/0,987A 41,0% THDf fundamental): 0,405A/0,900A 45,0% i17 i (L1) 0,9887A 9 . Oberschwingung: I 9 = 0,1000A I 90,0100A0,0100A0,1415A 11 . Oberschwingung: I 11 = 0,0818A I 11² = 0,0067A² 0,0067A² 0,1157A 13 . Oberschwingung: I 13 = 0,0693A I 13² = 0,0048A² 0,0048A² 0,0979A 15 . Oberschwingung: I 15 = 0,0600A I 15² = 0,0036A² 0,0036A² 0,0849A 17 . Oberschwingung: I 17 = 0,0530A I 17² = 0,0028A² 0,0028A² 0,0749A Summe der Quadrate: SI n² = 0,9775A² 0,1669A² Wurzel hieraus: 0,9887A 0,4086A THDr (root mean square): 0,408A/0,988A = 41,3% THDf (fundamental): 0,408A/0,900A = 45,4%
  30. 30. 100% 33% 15% 1,0 A 0,5 A 0,0 A -0,5 A 1,0 A 0,5 A 0,0 A -0,5 A 1,0 A 0,5 A 0,0 A -0,5 A -1,0 A Kurve Kurve Kurve 0° 90° 180° 270° 360° -1,0 A 0° 90° 180° 270° 360° -1,0 A 0° 90° 180° 270° 360° 100% 75% 50% 25% 0% -25% -50% -75% -100% Ieff │iAV│ Spektrum I1 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 I17 100% 75% 50% 25% 0% -25% -50% -75% -100% Ieff │iAV│ Spektrum I1 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 I17 100% 75% 50% 25% 0% -25% -50% -75% -100% Ieff │iAV│ Spektrum I1 I3 I5 I7 I9 I11 I13 I15 I17 Tastverhältnis
  31. 31. Noch weit bessere Simulationen gibt es kostenlos bei: www.powerstandards.com/PQTeachingToyIndex.php
  32. 32. 2,0 A 1,5 A 1,0 A 0,5 A 0,0 A Eingangsstrom eines PC mit Monitor 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -0,5 A -1,0 A -1,5 A -2,0 A u → t → 2,0 A 1,5 A 1,0 A 0,5 A 0,0 A -0,5 A -1,0 A -1,5 A -2,0 A Die Anwendung auf den real existierenden PC-Strom funktioniert nicht direkt …  0° 90° 180° 270° 360°  … aber mit Trick: Eine ähnliche Dreieckkurve unvollständig darstellen Dreieckstrom gleicher Amplitude mit Tast- Verhältnis 1/7
  33. 33. Analyse des Ersatz-Dreieckstroms 400 % 300 % 200 % 100 % 0 % 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -100 % -200 % -300 % -400 % i/I → t → i1 i3 i5 i7 i9 i11 i13 i15 i17 i (L1)
  34. 34. Ganz wichtig bei der Betrachtung von Oberschwingungen: Sie entstehen im Verbraucher und breiten sich von dort »stromaufwärts« aus Oberschwingungen M 3 Energie (Wirkleistung) L1 L2 L3 N PE Ober-schwingungen Energie (Wirkleistung)
  35. 35. Was ist eigentlich THD? Zum Beispiel eines Dreieckstroms von 1 A und Tastverhältnis 1/7:  Quadratwerte  Ohne 5 A 4 A Grundschwingung: 463 mA 214720 mA² Grundschwingung 3 3. A Harmonische: -448 mA 200720 mA² 200720 mA² 2 5. A Harmonische: 419 mA 175155 mA² 175155 mA² 7. Harmonische: -377 mA 142265 mA² 142265 mA² 1 A 9. Harmonische: 327 mA 107040 mA² 107040 mA² 11. 0 A Harmonische: -272 mA 74072 mA² 74072 mA² 13. Harmonische: 0° 90° 216 mA 180° 46646 mA270° ² 46646 360° mA² -1 A 15. Harmonische: -162 mA 26316 mA² 26316 mA² -17. 2 A Harmonische: 114 mA 12984 mA² 12984 mA² Summe -3 A der Quadrate: 999922 mA² 999922 mA² Wurzel hieraus:  999 mA (eff.) 886 mA -4 A THDr (root mean square) = 886 mA / 1000 mA (Klirrfaktor) = 88 % THDf -5 A (fundamental) = 886 mA / 463 mA = 191 %
  36. 36. Unterschiedliche Auswirkungen auf Strang- und Leiterspannung Aufge-nommen am 30.06.2002, 14:30 Uhr. Was war da doch gleich? Schon Geschichte? Endspiel Deutschland – Brasilien!
  37. 37. Die Strom-Ober-schwingungen durch 3 teilbarer Ordnung treiben in der Dreieck-Wicklung eines Verteiltransformators einen Kreisstrom … doch die Oberschwingungen der Spannung pflanzen sich fort ins nächste Niederspannungsnetz!
  38. 38. 5,0% 4,5% 4,0% 3,5% 3,0% 2,5% 2,0% 1,5% 1,0% 0,5% 0,0% Oberschwingungen in einer Woche in einem Wohngebiet, August 2002 234 V 233 V 232 V 231 V 230 V 229 V 228 V 227 V U → Freitag Samstag Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag THDU → t → U (eff) THDU
  39. 39. Oberschwingungen am Samstag in einem Wohngebiet, 24. August 2002 5,0% 4,5% 4,0% 3,5% 3,0% 2,5% 2,0% 1,5% 1,0% 0,5% 0,0% 234 V 233 V 232 V 231 V 230 V 229 V 228 V 227 V THDU → U → t → U (eff) THDU 0:00 h 3:00 h 6:00 h 9:00 h 12:00 h 15:00 h 18:00 h 21:00 h 0:00 h
  40. 40. Oberschwingungen am Sonntag in einem Wohngebiet, 25. August 2002 11 V 10 V 9 V 8 V 7 V 6 V 5 V 4 V 3 V 2 V 1 V 0 V U → t → U2 U3 U5 U7 U9 U11 U13 U15 0:00 h 3:00 h 6:00 h 9:00 h 12:00 h 15:00 h 18:00 h 21:00 h 0:00 h
  41. 41. Oberschwingungen am Feiertag in einem Wohngebiet, 26. Dezember 2013 11 V 10 V 9 V 8 V 7 V 6 V 5 V 4 V 3 V 2 V 1 V 0 V U → t → U0 (DC) U2 U3 U4 U5 U6 U7 U9 0:00 h 3:00 h 6:00 h 9:00 h 12:00 h 15:00 h 18:00 h 21:00 h 0:00 h
  42. 42. Oberschwingungen in einem Bürohaus 29. März bis 04. April 2014 4,4% 240 V Stundengenaue Auflösung 4,2% 4,0% 3,8% 3,6% 3,4% 3,2% 3,0% 2,8% 2,6% 2,4% 2,2% 2,0% 1,8% 1,6% 1,4% 239 V 238 V 237 V 236 V 235 V 234 V 233 V 232 V 231 V 230 V 229 V 29.3 30.3 31.3 1.4 2.4 3.4 4.4 THDU → t → U → Minutengenaue Auflösung U THDU
  43. 43. Oberschwingungen in einem Bürohaus Sonntag, 30. März 2014 4,4% 4,2% 4,0% 3,8% 3,6% 3,4% 3,2% 3,0% 2,8% 2,6% 2,4% 2,2% 2,0% 1,8% 1,6% 1,4% 240 V 239 V 238 V 237 V 236 V 235 V 234 V 233 V 232 V 231 V 230 V 229 V THDU → t → U → Sekundengenaue Auflösung U THDU 0:00h 3:00h 6:00h 9:00h 12:00h 15:00h 18:00h 21:00h 0:00h
  44. 44. Oberschwingungen in einem Bürohaus Montag, 31. März 2014 4,4% 4,2% 4,0% 3,8% 3,6% 3,4% 3,2% 3,0% 2,8% 2,6% 2,4% 2,2% 2,0% 1,8% 1,6% 1,4% 240 V 239 V 238 V 237 V 236 V 235 V 234 V 233 V 232 V 231 V 230 V 229 V THDU → t → U → Sekundengenaue Auflösung U THDU 0:00h 3:00h 6:00h 9:00h 12:00h 15:00h 18:00h 21:00h 0:00h
  45. 45. Oberschwingungen in einem Bürohaus 29. März bis 04. April 2014 11 V 10 V 9 V 8 V 7 V 6 V 5 V 4 V 3 V 2 V 1 V 0 V U → Stundengenaue Auflösung UDC U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U15 UDC U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U15 t → Minutengenaue Auflösung 29.3 30.3 31.3 1.4 2.4 3.4 4.4
  46. 46. Oberschwingungen in einem Bürohaus Sonntag, 30. März 2014 11 V 10 V 9 V 8 V 7 V 6 V 5 V 4 V 3 V 2 V 1 V 0 V U → UDC U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U15 t → Sekundengenaue Auflösung 0:00h 3:00h 6:00h 9:00h 12:00h 15:00h 18:00h 21:00h 0:00h
  47. 47. Oberschwingungen in einem Bürohaus Montag, 31. März 2014 11 V 10 V 9 V 8 V 7 V 6 V 5 V 4 V 3 V 2 V 1 V 0 V U → UDC U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U15 t → Sekundengenaue Auflösung 0:00h 3:00h 6:00h 9:00h 12:00h 15:00h 18:00h 21:00h 0:00h
  48. 48. Oberschwingungen in der Schweiz 16. - 17. September 2014 0,0 V 0,5 V 1,0 V 1,5 V 2,0 V 2,5 V 3,0 V 3,5 V 4,0 V 4,5 V U → 16.9.14 21:00 h 16.9.14 22:00 h 16.9.14 23:00 h 17.9.14 0:00 h 17.9.14 1:00 h 17.9.14 2:00 h 17.9.14 3:00 h 17.9.14 4:00 h 17.9.14 5:00 h 17.9.14 6:00 h 17.9.14 7:00 h 17.9.14 8:00 h t → UDC U2 U3 U4 U5 U7 U9 U11 U13 U15
  49. 49. Oberschwingungen in der Schweiz 16. - 17. September 2014 1,00% 1,75% 2,50% 3,25% 4,00% 4,75% 16.9.14 21:00 h 16.9.14 22:00 h 16.9.14 23:00 h 17.9.14 0:00 h 17.9.14 1:00 h 17.9.14 2:00 h 17.9.14 3:00 h 17.9.14 4:00 h 17.9.14 5:00 h 17.9.14 6:00 h 17.9.14 7:00 h 17.9.14 8:00 h 228 V 230 V 232 V 234 V 236 V 238 V 240 V 242 V 244 V THDU → t → U → U THDU
  50. 50. Oberschwingungen in der Schweiz 16. - 17. September 2014
  51. 51. Oberschwingungen in der Schweiz 16. - 17. September 2014 0 V 2 V 4 V 6 V 8 V 10 V U → 16.9.14 21:00 h 16.9.14 22:00 h 16.9.14 23:00 h 17.9.14 0:00 h 17.9.14 1:00 h 17.9.14 2:00 h 17.9.14 3:00 h 17.9.14 4:00 h 17.9.14 5:00 h 17.9.14 6:00 h 17.9.14 7:00 h 17.9.14 8:00 h t → UDC U2 U3 U4 U5 U7 U9 U11 U12 U13 U14 U15
  52. 52. Oberschwingungen in der Schweiz 16. - 17. September 2014 10 V 8 V 6 V 4 V 2 V 0 V 17.9.14 6:59 h 17.9.14 7:00 h 17.9.14 7:01 h 17.9.14 7:02 h U → t → UDC U2 U3 U4 U5 U7 U9 U11 U12 U13 U14 U15
  53. 53. Oberschwingungen im Mittelspannungsnetz
  54. 54. 2. Immens hohe Einschaltstromspitzen im Rechenmodell 140 A 120 A 100 A 80 A 60 A 40 A 20 A 0 A 500 V 400 V 300 V 200 V 100 V 0 V i → t → u → Einschalten im Nulldurchgang am Spannungsscheitel Netzspannung: 230 V Netzfrequenz: 50 Hz Netzwiderstand: 500 mW Netz-Längsinduktivität: 904 μH Netz-Impedanz: 575 mW Gleichstromlast: 180 mA Glättungskapazität: 220 μF Gleichgerichtete Netzspannung Kondensatorspannung Gleichgerichteter Netzstrom 0 ms 10 ms 20 ms 30 ms 40 ms 50 ms
  55. 55. Keine pure Theorie  Einschaltstrom einer Kompakt- Leuchtstofflampe und deren Rückwirkung auf die Netzspannung, aufgenommen an der Technischen Universität Budapest
  56. 56. Einschaltströme Versuch einer Aufnahme mit PQ-Box 200 (Abtastrate 812/Periode) 10 A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 A -1 A 330 V 297 V 264 V 231 V 198 V 165 V 132 V 99 V 66 V 33 V 0 V LED-Lampe 3 W 0 ms 2 ms 4 ms 6 ms 8 ms -33 V i → u → t → ohne PFC u u (ideal) i
  57. 57. Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen Hochlaufströme eingeschlossen eines modernen Staubsaugers mit Drehzahl- Einstellung am oberen Anschlag in Zeitlupe → 55 A 45 A 35 A 25 A 15 A 5 A -5 A -15 A -25 A -35 A -45 A -55 A 330 V 270 V 210 V 150 V 90 V 30 V -30 V 0 ms 200 ms 400 ms 600 ms -90 V -150 V -210 V -270 V -330 V i → u → t → Hochlaufstrom eines Staubsaugers mit Drehzahlsteller in Stellung Max.
  58. 58. Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen Hochlaufströme eingeschlossen eines kleinen Handstaubsaugers ohne Drehzahl-Einstellung in Zeitlupe →
  59. 59. Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen Hochlaufströme eingeschlossen Lasst ihn uns wieder ausschalten.
  60. 60. Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen: Selbst Glühlampen sind nicht ganz linear … 0,4 A 0,3 A 0,2 A 0,1 A 0,0 A -0,1 A -0,2 A -0,3 A -0,4 A 325 V 275 V 225 V 175 V 125 V 75 V 25 V -25 V 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms -75 V -125 V -175 V -225 V -275 V -325 V i → u → t → Glühlampe 60 W u u (ideal) i ↑ … und zwar da
  61. 61. Mäßig hohe Einschalt-Stromspitzen … und produzieren ihre Einschaltspitzen! 9 A 6 A 3 A 0 A -3 A -6 A -9 A 350 V 250 V 150 V 50 V 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms 25 ms -50 V -150 V -250 V -350 V i → u → t → Glühlampe 100 W u u (ideal) i
  62. 62. Unmäßig hohe Einschalt-Stromspitzen – ein rabiater Versuch mit extremer Prüflast 220 A 180 A 140 A 100 A 60 A 20 A -20 A -60 A -100 A -140 A -180 A 330 V 270 V 210 V 150 V 90 V 30 V -30 V Glühlampe 60 W & Brückengleichrichter & Glättungskapazität 500 μF 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -90 V -150 V -210 V -270 V i → u → t → u i
  63. 63. Da haben wir den Salat: Bei jedem fünften Versuch löst der LS-Schalter B16A aus Relais E 3209, Firma Eichhoff, Nennstrom 20 A! Erreger-strom aus ein Und doch: Drei Mal einschalten – Relais hängt fest!
  64. 64. 39 A 33 A 27 A 21 A 15 A 9 A 3 A -3 A Immens hohe Einschalt-Stromspitzen – aber wirklich, wort-wörtlich! 325 V 275 V 225 V 175 V 125 V 75 V 25 V Elbro R7S 14 W mit Relais E 3209 5 ms 7 ms 9 ms -25 V i → u → t →
  65. 65. Immens hohe Einschalt-Stromspitzen – Kontaktprellen als Zugabe mit eingeschlossen 8,5 A 7,5 A 6,5 A 5,5 A 4,5 A 3,5 A 2,5 A 1,5 A 0,5 A -0,5 A 340 V 300 V 260 V 220 V 180 V 140 V 100 V 60 V 20 V -20 V 0 ms 2 ms 4 ms 6 ms 8 ms i → u → Osram CL P20(M3) 3 W mit Relais E 3209
  66. 66. Immens hohe Einschalt-Stromspitzen und die Folgen 
  67. 67. Immens hohe Einschalt-Stromspitzen und die Folgen: Ausschalten unmöglich!
  68. 68. Immens hohe Einschalt-Stromspitzen und Oberschwingungen Die Unlösung: Glättungskapazität verkleinern. Hilft natürlich nur graduell und führt das gerade mit viel Tamtam abgeschaffte Lampenflackern wieder ein. Ist das nicht toll? Jawohl, das ist nicht toll!
  69. 69. Deutlich stärkere Funkenbildung jedoch beim Ausschalten – aber ohne Verschweißen Und das, obwohl nur der »normale« Betriebs-strom zu unter-brechen ist? Ja, aber der ist viel kleiner
  70. 70. Ursächlich für die Spannungseinbrüche ist der Spannungsfall
  71. 71. Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle Falle 1 liegt auf der formalen Ebene. Laut internationaler Festlegung (SI-Einheiten) steht: S für Scheinleistung; Querschnittsfläche müsste A sein. L für Induktivität; Länge müsste l sein. λ für Leistungsfaktor; induktive Reaktanz müsste XL sein (xL für längenbezogene Beläge). Offensichtlich war dies in der alten Version noch richtig →
  72. 72. Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle – ein Fehler in der Norm? Ein Nutzer fragt: Aha, also damals waren die Formelzeichen noch richtig!
  73. 73. Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle Falle 2 war allerdings hausgemacht: Fallen 3 und 4 heben sich weit gehend gegenseitig auf: Falle 3: Kein Spannungsfall auf der Gegenphase? Falle 4: Auch da, wo gar kein Neutralleiter angeschlossen ist?
  74. 74. Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle Auch Falle 5 war »normal«: 푢 = 푏 휌1 퐿 푆 cos 휑 + 휆퐿 sin 휑 퐼퐵 Der Last! Der Leitung!
  75. 75. Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle Will uns da jemand ein XL für ein U0 vormachen? Ergebnis: 푢 = 푏 휌1 퐿 푆 cos 휑 + 휆퐿 sin 휑 퐼퐵 Speist man hiermit z. B. • eine Blindstrom-Kompensations-Anlage (φ = -89°; cosφ = 0,0175), so ergibt sich bei • einem Bemessungsstrom von 16 A und • einem Leiterquerschnitt von 2,5 mm² • eine zulässige Leitungslänge von 2 km! Dabei hat diese Leitung schon • einen Wirkwiderstand von 37 Ω, also • einen Kurzschlussstrom von kaum über 6 A!
  76. 76. Vom Spannungsfall in die Spannungsfalle – doch dies war ja erst Falle Nr. 5 Das erinnert stark an die »Kurzschlussleistung«: Man multipliziere die Leerlaufspannung mit dem Kurzschlussstrom. Was man erhält, ist nicht die Bemessungsleistung der Anlage! Gerade so gut könnte man die Transportkapazität (z. B. eines Ozeanriesen) mit der Geschwindigkeit (z. B. eines Flugzeugs) multiplizieren. Was man bekäme, wäre eine immense Verkehrsleistung – aber wovon? Von einem fliegenden Schiff! (»Luftschiff«: Raus mit dem unnützen Helium – das gibt 100.000 m³ Frachtraum her). Falle Nr. 6 lauert nicht auf mathematischer, sondern auf sprachlicher Ebene →
  77. 77. Der Spannungsfall ist ein schwieriger Fall Falle 6: Was ist das denn nun eigentlich? • Die zwischen Anfang und Ende einer Leitung gemessene Spannung? • Oder der Betrag / das Verhältnis, um wie viel die Spannung einbricht? Nein, das ist nicht notwendigerweise das gleiche! Tücke der Wechselstromtechnik: 3 + 4 = 5 ? ! 푈 = 푈푅 2 + 푈푋 2 3 V 4 V 5 V ohmsche Leitung induktive Last
  78. 78. Der Spannungsfall ist ein schwieriger Fall ΔU = 589,624 V - 500,000 V = 89,624 V < 100,7 V ReLast = 400 V ImLast = 300 V ImLeitung = 12,5 V ReLeitung = 100 V
  79. 79. Der Spannungsfall ist ein zweideutiger Fall ReLeitung = 100 V ImLeitung = 12,5 V Der Spannungsfall (zwischen Leerlauf und voller Last an der Steckdose) beträgt in diesem Beispiel nur: ΔU ≈ 540,7 V - 500,0 V = 40,7 V oder ≈ 8%. Dabei beträgt der Spannungsfall (zwischen Anfang und Ende der Leitung) hier immerhin: ΔU ≈ 100,778 V ImLast = 489,897948556636 V ReLast oder ≈ 20%! = 100 V
  80. 80. Der Spannungsfall an der Steckdose mit einer großen induktiven Prüflast Diese hier lässt sich nur über einen Einschaltstrom- Begrenzer (Vorwiderstand) in Betrieb setzen. Das sieht dann aus wie folgt: Vor-widerstand induktive Prüflast
  81. 81. Der Spannungsfall an der Steckdose gemessen mit einer großen induktiven Last 17,5 kW 12,5 kW 7,5 kW 2,5 kW -2,5 kW -7,5 kW -12,5 kW -17,5 kW 325 275 225 175 125 75 25 -25 0 ms 40 ms 80 ms 120 ms 160 ms 200 ms -75 -125 -175 -225 -275 -325 p → u; i → t → u [V] i [A] p [kW]
  82. 82. Der Spannungsfall an der Steckdose gemessen mit einer großen induktiven Last Eine Darstellung in der Totale, über 2 s betrachtet, zeigt es ganz genau: Und das ist logisch, denn der Verbraucher wird zeitweise zum Erzeuger.
  83. 83. Der Spannungsfall an der Steckdose gemessen mit einer großen induktiven Last 18 kVA 15 kVA 12 kVA 9 kVA 6 kVA 3 kVA 0 kVA -3 kVA 240 200 160 120 80 40 0 Effektivwerte von U und I, Mittelwerte von P und S, gemittelt jeweils über eine Periode 0ms 40ms 80ms 120ms 160ms -40 P; S → U; I → t → U [V] I [A] P S
  84. 84. Der Spannungsfall an der Steckdose berechnet mit einer korrigierten Formel Berechnung des Spannungsfalls in Kabel- und Leitungsanlagen alternativ zu VDE 0100-520, Anhang G für Cu: 0,0225μΩm für Al: 0,0360μΩm I B Betriebsstrom 16,00A U 0 Bemessungsspannung 230,00V l Länge 14,38m A Leiterquerschnitt 1,5mm² x L Reaktanzbelag 0,08mΩ/km U RLeitung Ohmscher Fall 6,90V U XLeitung Induktiver Fall 0,02V U Leitung Gesamter Fall 6,90V cosφ Leitung 1,00000 sinφ Leitung 0,00267 φ Leitung 0,15° cosφ Last 1,00000 sinφ Last 0,00000 φ Last 0,00° ΔU Leitung abs. entlang der 6,90V ΔU Leitung/U rel. Leitung 3,00% Spannungsfall ΔU Steckd. abs. an der 6,90V ΔU Steckd./U rel. Steckdose 3,00% Last ρ Spezifischer Widerstand (warm) 0,0225μΩm Stromkreis Leitung Berechnung des Spannungsfalls in Kabel- und Leitungsanlagen alternativ zu VDE 0100-520, Anhang G für Cu: 0,0225μΩm für Al: 0,0360μΩm I B Betriebsstrom 16,00A U 0 Bemessungsspannung 230,00V l Länge 14,38m A Leiterquerschnitt 1,5mm² x L Reaktanzbelag 0,08mΩ/km U RLeitung Ohmscher Fall 6,90V U XLeitung Induktiver Fall 0,02V U Leitung Gesamter Fall 6,90V cosφ Leitung 1,00000 sinφ Leitung 0,00267 φ Leitung 0,15° cosφ Last 1,00000 sinφ Last 0,00000 φ Last 0,00° ΔU Leitung abs. entlang der 6,90V ΔU Leitung/U rel. Leitung 3,00% Spannungsfall ΔU Steckd. abs. an der 6,90V ΔU Steckd./U rel. Steckdose 3,00% Last ρ Spezifischer Widerstand (warm) 0,0225μΩm Stromkreis Leitung
  85. 85. 3. Abweichende Anzeigewerte verschiedener Messmittel Der Effektivwert eines Wechsel- oder Mischstroms ist der Wert, den ein glatter (reiner) Gleichstrom haben müsste, um die gleiche thermische Wirkung zu erzielen Dreheisen-Messwerk: Echt-Effektivwert-Anzeige Drehspul-Messwerk: Mittelwert-Anzeige, unter Verwendung einer Gleichrichterbrücke Betragsmittelwert Analoge Mess-Systeme: Unbedeutender Preis-Unterschied zwischen Mittelwert- und Echt- Effektivwert-Anzeige, aber nicht mehr gebräuchlich Digitale Mess-Systeme: Echt-Effektivwert-Anzeige erheblich teurer!
  86. 86. 4. Höhere Belastung der Leiter theoretisch – z. B. bei eingangs erwähntem EVG: Betragsmittelwert Netzstrom 179 mA Effektivwert Netzstrom 615 mA Scheitelwert Netzstrom 2712 mA Netz-Scheinleistung 141 VA Gleichstromleistung 58 W Formfaktor Netzstrom 3,436 Scheitelfaktor Netzstrom 4,410 Im Vergleich hierzu bei Sinusschwingungen: Formfaktor 1,1107 Scheitelfaktor 1,4142
  87. 87. Messung desselben Stroms mit einem »Effektivwert-Messgerät« und einem Echt-Effektivwert-Messgerät:
  88. 88. Oder zumindest nicht die ganze Wahrheit Alles Lüge!
  89. 89. Böse Falle: Strom ist nicht gleich Strom 1 A 1 Ω I 1V U 2 A 1 Ω I U 2 V 0 0 4W 3W 2W 1W 0W P = 1 W 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1W -2W -3W -4W p → t → 4A 3A 2A 1A 0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1A -2A -3A -4A i → t → 4W 3W 2W 1W 0W 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1W -2W -3W -4W p → t → 4A 3A 2A 1A 0A q = 2*10 ms*1 A = 20 mAs 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1A -2A -3A -4A i → t → je Periode î = 1 A, R = 1 Ω, ûR = R*î = 1 V  UR = 1 V,  I = 1 A pR = uR*i = uR²/R = 1 W, WR = 20 ms*1 W = 20 mJ î = 2 A, R = 1 Ω, ûR = R*î = 2 V  UR = 1,414 V,  I = 1,414 A q = 2*5 ms*2 A = 20 mAs je Periode pR = uR*i = ûR²/R = 4 W WR = 2*5 ms*4 W = 40 mJ |ī| = 1 A (6,24*1018 Elektronen/Sekunde) |ī| = 1 A (6,24*1018 Elektronen/Sekunde) PMittel = 2 W
  90. 90. Böse Falle: Strom ist nicht gleich Strom 4A 3A 2A 1A 0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1A -2A -3A -4A i → t → 4W 3W 2W 1W 0W 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1W -2W -3W -4W p → t → 4W 3W 2W 1W 0W 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1W -2W -3W -4W p → t → 4A 3A 2A 1A 0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1A -2A -3A -4A i → t → 0A I U î = 1 A, UBatt = 1 V,  I = 1 A 0V 2 A 1 V î = 2 A |ī| = 1 A uBatt = const = 1 V P = uBatt * |ī| = 1 W q = 2*10 ms*1 A = 20 mAs je Periode pBatt = UBatt*i = 1 W, WBatt = 20ms*1 W = 20 mJ q = 2*5 ms*2 A = 20 mAs je Periode pBatt = UBatt*i = 2 W WBatt = 2*5 ms*2 W = 20 mJ |ī| = 1 A (6,24*1018 Elektronen/Sekunde) |ī| = 1 A (6,24*1018 Elektronen/Sekunde) P = 1 W PMittel = 1 W 1 A 1 V I U
  91. 91. Vorsicht: »Kompensation« ist in der Elektrotechnik ein schwammiger Begriff! Abhilfe-Maßnahme:  Parallel- oder Reihenkompensation mit Kapazitäten  Filterkreise für die einzelnen Frequenzen  Bei linearen Lasten: Symmetrisch aufteilen  Bei nicht linearen Lasten: Filterkreise Unterscheiden:  Kompensation von Grundschwingungs- Blindleistung  Kompensation von Oberschwingungen  Kompensation von Rückströmen im Neutralleiter 200% 150% 100% 50% 0% 0ms 2ms 4ms 6ms 8ms 10ms12ms14ms16ms18ms20ms -50% -100% -150% -200% u/U; i/I; p/P → t → u*i u i1 150% 100% 50% 0% 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -50% -100% -150% u/U; i/I; p/P → t → u i3 u*i3 150% 100% 50% 0% 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -50% -100% -150% i → t → i (L1) i (L2) i (L3)
  92. 92. 350 V 250 V 150 V 50 V Verhalten einer 200 V 180 V 160 V 140 V 120 V 100 V 80 V 60 V 40 V 20 V Leuchtstoffröhre 58W bei Wechselstrom 0ms 5ms 10ms 15ms -50 V -150 V -250 V -350 V u → t → Netzspannung Lampenspannung Verhalten einer Leuchtstoffröhre 58W bei 1 A i → 1 A 0 A -1 A -1 A Netzspannung Lampenspannung Strom U → Gleichstrom Messung Messung Rechnung Messung Lineares Rechnung Bauteil 0 V 0 mA 400 mA 800 mA I → 1200 mA Die selbe Lampe mit induktivem Vorschaltgerät: Das messtechnisch ermittelte Verhalten bei Gleichstrom …  … lässt auf das Ver-halten im Netzbetrieb schließen  
  93. 93. 5. (Ü)be(r)lastung des Neutralleiters mit Leuchtstofflampe 58 W und KVG / VVG: mit Kompakt-Sparlampen entsprechender Leistung: 3,2 A 2,4 A 1,6 A 0,8 A 0,0 A 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -0,8 A -1,6 A -2,4 A -3,2 A u → t → i(t) L1 i(t) L2 i(t) L3 3,2 A 2,4 A 1,6 A 0,8 A 0,0 A 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -0,8 A -1,6 A -2,4 A -3,2 A i → t → i(t) N 3,2 A 2,4 A 1,6 A 0,8 A 0,0 A 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -0,8 A -1,6 A -2,4 A -3,2 A i → t → i(t) L1 i(t) L2 i(t) L3 3,2 A 2,4 A 1,6 A 0,8 A 0,0 A 0 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms -0,8 A -1,6 A -2,4 A -3,2 A i → t →
  94. 94. Addition der 3. Harmonischen im Neutralleiter Die Physik fordert: Die Summe aller hin- und rückfließenden Ströme muss zu jedem Zeitpunkt gleich 0 sein 1,0A 0,5A 0,0A u (L1) i3 (L1) 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -0,5A -1,0A 330V 220V 110V 0V -110V -220V -330V i → u → t → 1,0A 0,5A 0,0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -0,5A -1,0A 330V 220V 110V 0V -110V -220V -330V i → u → t → u (L2) i3 (L2) 1,0A 0,5A 0,0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -0,5A -1,0A 330V 220V 110V 0V -110V -220V -330V i → u → t → u (L3) i3 (L3) 1,0A 0,5A 0,0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -0,5A -1,0A 330V 220V 110V 0V -110V -220V -330V i → t →
  95. 95. Oberschwingungs-Tsunami durch Glühlampen-Verbot? Wohl eher nicht, denn wir sparen ≈70% Energie:  mehr Neutralleiterstrom, aber:  weniger Außenleiterstrom! Vergleich der Strombelastungen – Grundschwingung und Oberschwingungen – beim Ersatz einer Glühlampe (40 W) durch äquivalente Kompakt-Sparlampe (9 W) Glühlampen Kompakt-Leuchtstofflampen I L1 I L2 I L3 I N Gesamt I L1 I L2 I L3 I N Gesamt einphasig 175mA 0mA 0mA 175mA P CU 70mA 0mA 0mA 70mA P CU zweiphasig 175mA 175mA 0mA 175mA im Netz 70mA 70mA 0mA 99mA im Netz dreiphasig 175mA 175mA 175mA 0mA  70mA 70mA 70mA 121mA  einphasig 100% 0% 0% 100% 67% 16% 0% 0% 16% 11% zweiphasig 100% 100% 0% 100% 100% 16% 16% 0% 32% 21% dreiphasig 100% 100% 100% 0% 100% 16% 16% 16% 48% 32% Strom Relative Leitungs verluste Schadlos jedoch nur bei passender Netzform!
  96. 96. 6. So sähen die Auswirkungen auf einen Drehstrom-Asynchronmotor aus: Ein und der selbe Motor wird gleichzeitig M 3~ Y f = 150 Hz, U = ?, I = ? Nullsystem Mitsystem Gegensystem PE N L3 L2 L1 in diesen drei Betriebspunkten betrieben! M 3~ Y PE N L3 L2 L1 f = 250 Hz, U = ?, I = ? M 3~ Y PE N L3 L2 L1 f = 350 Hz, U = ?, I = ?
  97. 97. Der Transformator beeinflusst die Last …
  98. 98. 2 … doch auch die Last beeinflusst den Transformator! Denn: Die Verlustleistung eines Transformators ist: f   I P P P P U f  I V Fe N ( ) I 2 ( ) 2          ( ) *                   N N Z N N Cu N N N I f P I P U f P P   2 ) ( ) ( ) (         N V Fe N Cu N Z N I Die wahre Verlustleistung eines Transformators ist: Daher: →
  99. 99. 0,5 lassen sich mit zwei ganz einfachen Formeln blitzschnell berechnen: n N I h q n I    2 2 1 2 1    1                               n I n I e e K       0,5 1 2 1 1 0,5 I I I 1 2                           n N n n n N n I n I mit: Oberschwingungen einer Sparlampe Osram Dulux 11 W mit Serien-Impedanz R =29,1 W& X L=113 W n U I L I N P Z/P CuN 1 230,2V 48,5mA 0,0mA 5,6% 3 8,3V 37,1mA 111,3mA 29,5% 5 10,7V 20,3mA 0,0mA 24,5% 7 4,3V 5,3mA 0,0mA 3,3% 9 1,1V 3,0mA 9,0mA 1,7% 11 2,3V 3,8mA 0,0mA 4,2% 13 1,0V 1,5mA 0,0mA 0,9% 15 0,6V 1,5mA 4,5mA 1,2% 17 1,1V 1,5mA 0,0mA 1,5% 19 0,5V 0,9mA 0,0mA 0,7% 21 0,5V 1,3mA 3,9mA 1,8% 23 0,6V 0,8mA 0,0mA 0,8% 25 0,4V 0,6mA 0,0mA 0,5% 27 0,6V 0,8mA 2,4mA 1,1% 29 0,4V 0,5mA 0,0mA 0,5% 31 0,3V 0,5mA 0,0mA 0,6% 33 0,3V 0,5mA 1,5mA 0,6% 35 0,3V 0,4mA 0,0mA 0,5% 37 0,3V 0,4mA 0,0mA 0,5% 39 0,3V 0,3mA 0,9mA 0,3% 41 0,1V 0,3mA 0,0mA 0,4% 43 0,2V 0,2mA 0,0mA 0,2% 45 0,1V 0,2mA 0,6mA 0,2% 47 0,1V 0,2mA 0,0mA 0,2% 49 0,1V 0,1mA 0,0mA 0,1% 51 0,1V 0,1mA 0,3mA 0,1% P Z/P Cu= 81,4% 7. »Zusätzliche Zusatzverluste« in Transformatoren Na, dann vielleicht doch lieber anhand eines praktischen Beispiels: 1000 Kompakt- Sparlampen 11 W (15 VA) an einem Transformator 15 kVA, uk = 4%, PZ = 0,1 P81,4% Cu usw. usw.
  100. 100. Analyse der Oberschwingungen in einer Kompakt-Sparlampe Osram Dulux 11 W n U I L I N P Z/P CuN 1 232,7V 48,9mA 0,0mA 3,7% 3 0,6V 39,1mA 117,3mA 21,5% 5 4,4V 26,4mA 0,0mA 27,3% 7 2,3V 20,0mA 0,0mA 30,7% 9 0,1V 19,2mA 57,6mA 46,7% 11 0,1V 16,6mA 0,0mA 52,2% 13 0,1V 12,7mA 0,0mA 42,7% 15 0,1V 11,0mA 33,0mA 42,6% 17 0,1V 10,2mA 0,0mA 47,1% 19 0,1V 8,7mA 0,0mA 42,8% 21 0,1V 7,7mA 23,1mA 40,9% 23 0,1V 7,3mA 0,0mA 44,1% 25 0,1V 6,1mA 0,0mA 36,4% 27 0,1V 4,9mA 14,7mA 27,4% 29 0,1V 4,2mA 0,0mA 23,2% 31 0,1V 3,6mA 0,0mA 19,5% 33 0,1V 3,0mA 9,0mA 15,3% 35 0,1V 3,3mA 0,0mA 20,9% 37 0,1V 3,1mA 0,0mA 20,6% 39 0,1V 2,5mA 7,5mA 14,9% 41 0,1V 2,5mA 0,0mA 16,4% 43 0,1V 2,5mA 0,0mA 18,1% 45 0,1V 1,9mA 5,7mA 11,4% 47 0,1V 1,8mA 0,0mA 11,2% 49 0,1V 1,9mA 0,0mA 13,6% 51 0,1V 1,6mA 4,8mA 10,4% P Z/P Cu= 701,7% Der Trafo schützt sich so zu sagen selbst … Machen Sie die Rechnung nie ohne! Bestünde der Einfluss des Transformators auf die Last nicht, so wäre der Einfluss der Last auf den Trafo fast 9 Mal so groß! 701,7% usw. usw.
  101. 101. Faustregel: Transformator 35% größer wählen als nach Scheinleistung erforderlich! Damit liegen Sie auch im ungünstigten Fall noch auf der sicheren Seite. Falsch kann das nie sein, denn: Seinen besten Wirkungsgrad hat ein Verteil-Transformator immer zwischen 25% und 50% Nennlast! 99,4% 99,3% 99,2% 99,1% 99,0% 98,9% 98,8% 98,7% 98,6% 98,5% η → Transformator-Wirkungsgrad über Auslastungsgrad Wirkungsgrad mit max. P(Fe), min. P(Cu) Wirkungsgrad mit max. P(Cu), min. P(Fe) Auslastungsgrad → 0% 25% 50% 75% 100% 125% Mit max. Cu-Verlust und min. Fe-Verlust Mit min. Cu-Verlust und max. Fe-Verlust für Öltrafo 1 MVA nach EN 50464-1
  102. 102. 8. Auch der Generator beeinflusst die Last: Transformator: uk = 4% oder uk = 6% Generator: uk ≈ 15% … 40%!
  103. 103. 8. Auch der Generator beeinflusst die Last: Transformator: uk = 4% / 6% Extrem-Beispiel Fahrrad-Dynamo: uk ≈ 500%!
  104. 104. 9. Einfluss auf Kondensatoren: Messung einer Leuchtstofflampe 11 W mit KVG Aufzug steht Aufzug fährt
  105. 105. Veranschaulichung Die Effekte Nr. 3, 4 und 5 können Sie sich an der vom DKI entwickelten und mehrfach nachgebauten Demonstrations-Schalttafel ansehen
  106. 106. 3 Glüh-lampen auf Minimum gedimmt Nahaufnahme:
  107. 107. 2 Glüh-lampen auf Minimum gedimmt, 1 Glüh-lampe auf Maximum eingestellt Nahaufnahme:
  108. 108. 3 Glüh-lampen, alle Dimmer auf Maximum eingestellt Nahaufnahme:
  109. 109. 3 Kompakt- Leuchtstoff-lampen Nahaufnahme:
  110. 110. Drei Eine herkömmliche, herkömmliche, annähernd annähernd ohmsch-induktive Last L1 L2 L3 mA N Zwei Lasten
  111. 111. Eine moderne elektronische Last L1 L2 L3 mA N ZDwreeii mmooddeerrnnee eelleekkttrroonniisscchhee LLaasstteenn
  112. 112. Das lange hinreichende TN-C-System erfüllt heutige Anforderungen nicht mehr L1 L2 L3 PEN
  113. 113. Untauglicher Kompromiss: Das TN-C-S-System L1 L2 L3 N PE
  114. 114. Heutigen Anforderungen wird nur ein TN-S-System gerecht! ? ?? L1 L2 L3 N PE Dabei ist der Physik die Farbe des Stückchens Verbindungs-leitung egal! Im Draht ist es dunkel.
  115. 115. … Noch ist in ein dicht Knausernetz: bebauten Gebieten reine Das TT-Illusion… System… L1 L2 L3 N Lager-raum z. B. für Tri- Nitro-Toluol und mutiert schnell zum brisanten »TNT-System!«
  116. 116. Entdeckungen an einem Haus-Anschlusskasten Strom in der Erdungsleitung vom Haus-Übergabepunkt zur PA-Schiene (Netzspannung als Triggersignal)
  117. 117. Die bange Frage ist: Was ist denn nun ein TN-S-System? Dieses hier z. B. ist allenfalls ein »TN-S-System e. h.«! M M L1 L2 L3 N PE
  118. 118. So, jetzt ist es promoviert Mit nur einem zentralen Erdungspunkt M M L1 L2 L3 N PE
  119. 119. Oder diplomiert (FH / Bachelor) Sofern ausgeschlossen werden kann, dass beide Quellen gleichzeitig speisen, kann eine Lösung auch so aussehen M M L1 L2 L3 N PE
  120. 120. Oder wenigstens graduiert mit Zeitvertrag Kein Heilmittel, aber eine graduelle Lösung bei akuten Beschwerden kann der Ringkern sein M M L1 L2 L3 N PE
  121. 121. ZEP = zentraler Erdungspunkt – und nicht … Zyniker jun. (Amateur): ZEP = ≠ zwei Erdungspunkte Zyniker sen. (Profi): ZEP = ≠ zahlreiche Erdungspunkte Man soll alles redundant auslegen – bis auf den ZEP!
  122. 122. Praxisschock Wie das Pferd vor der Apotheke: Kupfer knausern im Haus der Metalle – und das auch noch durch falsche Bezeichnungen kaschiert! ?
  123. 123. Praxisschock Vom Trafo im Keller Weiter zum nächsten Stock nach oben
  124. 124. Rundfunk-Fachleute betreiben schon lange ein »TN-S-S-Netz« Erfahrungen aus einer Sendeanstalt: N-Strom 150 Hz: 150 A  PE-Strom: 32 A N-Strom 450 Hz: 14 A  PE-Strom: 12 A Und das in einem sauberen TN-S-System mit ZEP!? Wieder ein Fall für den Ringkern?
  125. 125. PE-Ströme kann man lenken: Mit Ringkernen
  126. 126. Ermittlung des Verhaltens: Bei ≈ 3 A geht‘s in die Sättigung
  127. 127. Ermittlung des Verhaltens: 125mΩ 100mΩ 75mΩ 50mΩ 25mΩ 0mΩ 1000mV 900mV 800mV 700mV 600mV 500mV 400mV 300mV 200mV 100mV 0mV Spannung Impedanz 0A 50A 100A 150A 200A 250A 300A 350A Z ↑ U → I → Messung an Stromschiene mit 5 Ringkernen zu je 20mm*14mm Eisenquerschnitt (50 Hz)
  128. 128. Speisung von Drehfeldmotoren – einst und jetzt L3 L2 L1 M 3~ Einst Jetzt M 3~
  129. 129. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 N S – +
  130. 130. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt – + L1 L2 L3 N S    
  131. 131. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 – +      
  132. 132. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 – +    
  133. 133. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 N S – +      
  134. 134. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 – +    
  135. 135. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 – +      
  136. 136. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 S N – +    
  137. 137. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 – +      
  138. 138. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 – +    
  139. 139. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 N S – +      
  140. 140. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 – +    
  141. 141. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 – +      
  142. 142. Speisung von Drehfeldmotoren – jetzt L1 L2 L3 N S – +    
  143. 143. Speisung von Drehfeldmotoren – was nicht passieren darf: L1 L2 L3 N S Fehlsteuerung der Schalter! – +
  144. 144. Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 22A 18A 14A 10A 6A 2A -2A -6A -10A -14A -18A -22A 600V 500V 400V 300V 200V 100V 0V -100V -200V -300V -400V -500V -600V i  u  φ  0 90 180 270 360 Betrieb eines Drehstrom- Asynchronmotors 400 V, 50 Hz, 5,5 kW, cosφ = 0,90 an Rechteckspannung Umrichterspannung Induzierte Spannung Differenzspannung Ausgleichsstrom Sinusstrom Gesamtstrom
  145. 145. Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 22A 18A 14A 10A 6A 2A -2A -6A -10A -14A -18A -22A 600V 500V 400V 300V 200V 100V 0V -100V -200V -300V -400V -500V -600V i  u  φ  0 90 180 270 360 Betrieb eines Drehstrom- Asynchronmotors 400 V, 50 Hz, 5,5 kW, cosφ = 0,90 an Rechteckspannung Umrichterspannung Induzierte Spannung Differenzspannung Ausgleichsstrom Sinusstrom Gesamtstrom
  146. 146. Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 22A 18A 14A 10A 6A 2A -2A -6A -10A -14A -18A -22A 600V 500V 400V 300V 200V 100V 0V -100V -200V -300V -400V -500V -600V i  u  φ  0 90 180 270 360 Betrieb eines Drehstrom- Asynchronmotors 400 V, 50 Hz, 5,5 kW, cosφ = 0,90 an Rechteckspannung Umrichterspannung Induzierte Spannung Differenzspannung Ausgleichsstrom Sinusstrom Gesamtstrom
  147. 147. Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 22A 18A 14A 10A 6A 2A -2A -6A -10A -14A -18A -22A 600V 500V 400V 300V 200V 100V 0V -100V -200V -300V -400V -500V -600V i  u  φ  0 90 180 270 360 Betrieb eines Drehstrom- Asynchronmotors 400 V, 50 Hz, 5,5 kW, cosφ = 0,90 an Rechteckspannung Umrichterspannung Induzierte Spannung Differenzspannung Ausgleichsstrom Sinusstrom Gesamtstrom
  148. 148. Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 22A 18A 14A 10A 6A 2A -2A -6A -10A -14A -18A -22A 600V 500V 400V 300V 200V 100V 0V -100V -200V -300V -400V -500V -600V i  u  φ  0 90 180 270 360 Betrieb eines Drehstrom- Asynchronmotors 400 V, 50 Hz, 5,5 kW, cosφ = 0,90 an Rechteckspannung Umrichterspannung Induzierte Spannung Differenzspannung Ausgleichsstrom Sinusstrom Gesamtstrom
  149. 149. Angenommen, ein Drehstrom-Asynchronmotor liefe z. B. an einer rechteckförmigen Spannung 22A 18A 14A 10A 6A 2A -2A -6A -10A -14A -18A -22A 600V 500V 400V 300V 200V 100V 0V -100V -200V -300V -400V -500V -600V i  u  φ  0 90 180 270 360 Betrieb eines Drehstrom- Asynchronmotors 400 V, 50 Hz, 5,5 kW, cosφ = 0,90 an Rechteckspannung Umrichterspannung Induzierte Spannung Differenzspannung Ausgleichsstrom Sinusstrom Gesamtstrom
  150. 150. Höhere Belastung der Wicklungen Eine Analyse der beiden überlagerten Ströme zeigt: »Normaler« Motorstrom (Nennstrom): 10,46 A Überlagerter (zusätzlicher) Strom: 7,82 A Gesamt-Effektivwert: 13,06 A Das heißt: Im Verhältnis (13,06 A / 10,46 A)² = 1,558 oder 56% mehr ohmsche Verlustwärme!
  151. 151. 6A 5A 4A 3A 2A 1A 0A Daher sind Rechteckspannungen nichts für Drehfeldmotoren, also hacken wir sie klein! 600V 500V 400V 300V 200V 100V 0V i → u → φ → Mittels PWM: Pulsweitenmodulation 0° 30° 60° 90° 120° 150° 180°
  152. 152. 10. Doch jetzt machen uns die hohen Filterströme zu schaffen! L1 L2 L3 Fi N PE
  153. 153. 10. Doch jetzt machen uns die hohen Filterströme zu schaffen!
  154. 154. 10. Doch jetzt machen uns die hohen Filterströme zu schaffen! So klein sollten sie sein … IEC 61140
  155. 155. 10. Doch jetzt machen uns die hohen Filterströme zu schaffen! … und so groß sind sie tatsächlich!
  156. 156. Deshalb fordern nunmehr weitere Fach-leute das »TN-S-S-Netz« mit 6 Leitern! L1 L2 L3 Fi N FPE PE Nun … sind doch Nur FPE ist da jetzt und könnte die PE Induktionsschleife der für NF Ringkern getrennt helfen! geführt, aber zwischen für Nun HF FPE ist auf der und kurzem PE PE für für Weg HF HF gesperrt! verbunden… viel zu lang!
  157. 157. Zwickmühle + Hohe Frequenz verbessert die Rekonstruktion der Sinuskurve … – … und erhöht kapazitive Filterströme + Hohe Flankensteilheit der Spannung vermindert Verluste … – … und verbreitert das Störspektrum!
  158. 158. Filterströme im PC-Netzteil
  159. 159. Filterströme Das mit dem Ableitstrom bekommen wir schon noch hin. Wenn solch ein Filter erst einmal lange Zeit außer Betrieb ist und dann wieder unter Spannung gesetzt wird, bekommt er dicke Backen – unbrauchbar
  160. 160. Nehmen wir einen »neuen« (aus einer alten Waschmaschine) Die Schaltung finden wir eingeprägt
  161. 161. V Innenleben und Versuchs-Beschaltung 2,2 MW A 2*1 mH 500 nF 2*20 nF L N PE
  162. 162. Rechnung und Messung widersprechen sich mal wieder Ableitstrom theoretisch (50 Hz) ↓ 1 1 XC 159     W V 230     mA k As V s fC Hz nF 100 * *20*10 2 *50 *20 2 1 1 9  IC 1,4 k 159  W 
  163. 163. Praxistest Nach voran gegangener Erfahrung wurden die Versuche vorsichtshalber im Freien fortgesetzt!
  164. 164. Da haben wir es schon! Nach nur 7 Minuten der volle Erfolg: Knall, Rauch, 16-A-Leitungsschutzschalter ausgelöst, 500-mA-Fehlerstromschutz ausgelöst! Elektro-Antrieb für Raketen ist erfunden! Ups!
  165. 165. Also ab in die Fachpresse damit! N FPE PE Nur blöd, dass die Beschriftung in der Zeichnung falsch wiedergegeben wurde
  166. 166. Die Reaktionen ließen nicht lange auf sich warten Ralf-Dieter Roth, BG ETEM, Dresden: »Ich hab mit Interesse und Vergnügen Ihren Beitrag im EP gelesen, in dem es um Waschmaschinen, zischenden Qualm, Schmutzleiter und ähnliche elektromagnetische Befindlichkeiten geht. Eine Anfrage habe ich zu Bild 7 und der (den) zugehörigen Textpassage(n). Meine Denkprozesse über diese Angelegenheit sind noch nicht unbedingt abgeschlossen. Um aber die Oberstubenarbeit zu rationalisieren, formuliere ich es jetzt schon mal: Ich denke, dass PE ans Gehäuse (auf Normendeutsch: Körper) muss und FPE an die PE-Anschlüsse der Y-Kondensatoren. So steht’s eigentlich auch im Text. In der Abbildung ist die Darstellung aber anders. Dort ist der PE mit durch die RCD gefädelt, und zwar so, dass ein PE-Strom nicht zum Auslösen führt, was mir als BGler die Schweißperlen auf die Stirn treten lässt. Die Lösung könnte ja vielleicht sein, die Bezeichnungen PE und FPE in Bild 7 zu vertauschen?«
  167. 167. Die Reaktionen ließen nicht lange auf sich warten Gerhard Maier, Sachverständiger, Ostfildern: »Das Bild 6-Leiter-Netz enthält einen Zeichen-Fehler: PE und FPE gehören vertauscht. Den gleichen Effekt, dass nämlich der PE ableitstromfrei bleibt, kann man durch Anschluss der Filter an den N erreichen. Dann braucht man auch keinen speziellen FI. Die Aussage, dass der FPE bei Rundfunkanstalten strahlenförmig aufgebaut ist und deshalb keine Maschen aufweist, ist in der Praxis nicht zutreffend. Jedes geschirmte Verbindungskabel oder jedes Koaxkabel zwischen 2 an einen strahlenförmigen FPE angeschlossenen Geräten erzeugt eine Masche! Früher haben sich die Audioleute damit geholfen, dass sie die Kabelschirme nur 1-seitig aufgelegt haben. Bei den heutigen digitalen Datenverbindungen geht das aber nicht mehr. Ich halte den FPE bei (einigen) Rundfunkanstalten deshalb für ein Relikt, welches keinen physikalischen Hintergrund mehr hat.«
  168. 168. Die Reaktionen ließen nicht lange auf sich warten Klaus Bödeker, langjähriger Autor derselben Fachzeitschrift: »Mir genügt ja schon das unlösbare Problem, die aus der menschlichen Unvollkommenheit stammende Normenvorgabe 3,5 mA mit den Ableitströmen der brutalen Technik zu einer dem Praktiker einleuchtenden Vorgabe kombinieren zu müssen. Wenn irgend möglich, sollte die sich hier abzeichnende Komplizierung der elektrischen Anlage vermieden oder derartige Lösungen als Sonderfälle eingestuft werden. Mir kommt es so vor, als würde uns die Technik nun ihren Stinkefinger zeigen, um uns für unseren Hochmut zu bestrafen.«
  169. 169. Die Reaktionen ließen nicht lange auf sich warten Wolfgang Esser, Eaton Industries GmbH, Bonn: Meiner Meinung nach passen das Bild 7 und der zugehörige Text, unmittelbar unter dem Bild 7, nicht zusammen. Sie schreiben, was ich für richtig halte, dass der FPE durch den FI-Schalter geführt wird. Im Bild wird aber statt dessen der PE durch den FI-Schalter geführt. Ich vermute, dass im Bild 7 die Beschriftungen PE und FPE vertauscht wurden, da die Gehäuse an den „FPE“ angeschlossen wurden. Wahrscheinlich haben Sie das bereits bemerkt.
  170. 170. Die Reaktionen ließen nicht lange auf sich warten Ingenieur- und Sachverständigenbüro Andreas Holfeld, Dresden: »Im Text ist richtig beschrieben, dass der FPE Ableitströme führen darf. In der Skizze ist jedoch der Leiter, an den die Kondensatoren angeschlossen sind, mit PE bezeichnet und der Leiter mit Anschluss an berührbare leitfähige Teile, Gehäuse mit FPE. Das ist offensichtlich falsch.« Herbert Lennartz, Rentner, langjähriger Autor derselben Fachzeitschrift : »Ihr Artikel über Entstörfilter hat mich fasziniert. Mir war nicht bewusst, das es sich hier um ein so großes Problem handelt. Ich habe zu Ihrem Artikel zwei Fragen: 1. Sind im Text zu Bild 7 auf Seite 1043 PE und FPE verwechselt worden? 2. Wenn bei den Rundfunkanstalten 6-adrige Leitungen verwendet werden, wie wird dort der FPE als Gegensatz zum grün / gelben PE gekennzeichnet?«
  171. 171. Die Reaktionen ließen nicht lange auf sich warten Toni Baumeler, Schweiz: »Den Beitrag in der November Ausgabe ET Elektrotechnik (Entstörfilter als grösste Störenfriede) finde ich sehr interessant. Frage: Entstehen weitere Probleme, wenn Filter an den Neutralleiter angeschlossen werden, statt an das Gehäuse und somit an den Schutzleiter? Das Problem mit den Ableitströmen gegen Erde wäre bei einem Anschluss an den Neutralleiter gelöst. Aus welchem Grund erfolgt der Anschluss an das Gehäuse des Betriebsmittels?« Heinz-Werner Beckmann, Bad Salzuflen: »Herr Fassbinder hat mit überragenden und fundierten Kenntnissen die Wichtigkeit der Problematik erläutert. Hinweis: Im Bild 7 muss m. E. der PE und der FPE vertauscht werden.«
  172. 172. Die Reaktionen ließen nicht lange auf sich warten Markus Riedl: »Ihren Artikel fand ich sehr interessant, da ich mich seit Jahren mit Problemen gleichen Ursprungs auseinander setzen muss. Gerade deshalb aber sind mir mehrere Fehler und Mängel in Ihrem Artikel aufgefallen, die ich Ihnen hiermit mitteilen möchte: Im Bild 7 sind die Bezeichnungen von PE und FPE vertauscht, und die Bezeichnungen „5-Leiter-Netz“ und „6-Leiter-Netz“ sind so nicht ganz fachgerecht. Es werden bei den Netzformen immer nur die „aktiven“ Leiter gezählt. Sowohl ein TN-C-System als auch ein TN-S-System ist ein 4-Leiter- System. Warum werden die Ableitströme von 3~Netzfiltern nicht über den N-Leiter entsorgt? In der Tat würde die Ableitung über einen N-Leiter mehr Sinn machen als über einen PE, im Prinzip das gleiche in blau statt grüngelb.«
  173. 173. Die Reaktionen ließen nicht lange auf sich warten Axel Goldmann, Köln: »Irgendwie hat sich mir nicht so ganz erschlossen, was die Quintessenz dieses Artikels ist. Auch erinnerte mich die Beschreibung der Versuche mehr an die Bildzeitung als an eine Fachzeitschrift, und letztlich waren noch einige sachliche Fehler erkennbar: Bild Nr. 6 ist m. E. falsch. Die Beschriftung muss getauscht werden. Zum 6-Leiter-Netz: Die Idee ist gut, jedoch wurden hier wenig Details aufgezeigt. So besteht z. B. das Problem, dass bei EDV-Geräten überall der PE und die Masse miteinander verbunden sind. Jedes klassische Gerät würde z. B. über die Netzwerkverkabelung die ganze Sache zunichte machen. Auch werden hier Alternativen (z. B. Entstörfilter, die nur zwischen L und N entstören und nicht den PE einbeziehen) gar nicht erwähnt. Hier verschiedene technische Lösungen aufzuzeigen wäre mir lieber gewesen als 2 Seiten über Rauchzeichen. Alles in allem hinterlässt der Beitrag ein zweifelhaftes Gefühl und enttäuscht mich auch von der Redaktion, die diesen Beitrag so hat durchgehen lassen.«
  174. 174. Die Reaktionen ließen nicht lange auf sich warten Enno Hering, Dresden: »Ihr Beitrag … gefällt mir sehr. Ich freue mich, dass Sie das Problem so unverblümt dargelegt haben. Im Bild 7 sind allerdings die Leiterbezeichnungen PE und FPE vertauscht, denn der Schutzleiter muss an den Körper des Betriebsmittels angeschlossen und darf nicht durch den Fehlerstrom-Schutzschalter geführt werden, wogegen der FPE an die Kondensatoren angeschlossen werden muss.« Hans-Günter Hergesell, Flughafen Paderborn-Lippstadt: »Wir legen den Sternpunkt der Filter immer auf N, wenn Probleme mit dem FI-Schalter auftreten. Danach hatten wir nie wieder Probleme.«
  175. 175. Eine Finndige, Finnanziell tragbare ErFinn-dung sorgt in manchen Fällen für Abhilfe: Deutsche »THFVersion « (third »THXharmonic « filter) der ABB Control Oy, Vasa
  176. 176. 90° 75° 60° 45° 30° 15° 0° -15° -30° -45° -60° -75° -90° Daten und Frequenzgang des Filters 35Ω 30Ω 25Ω 20Ω 15Ω 10Ω 5Ω 0Ω φ → Z → 875 μH f → Reaktanz Drossel allein Reaktanz Kondensator allein Impedanz Parallel-schaltung Phasenwinkel parallel 1320 μF 14 mW 0Hz 50Hz 100Hz 150Hz 200Hz 250Hz 300Hz
  177. 177. L C I ≈ 0 U Vorsicht bei Parallel- Resonanzfiltern: Man sieht von außen nicht, was drinnen abgeht! Es fließt praktisch kein Strom der Resonanz- Frequenz durch den Schwingkreis, aber möglicherweise eine Menge im Schwingkreis!
  178. 178. Einsatz in der Praxis: Ein typisches Büro- und Verwaltungs-Gebäude
  179. 179. Da haben wir es schon: Durch den Filter fließen 50 A (50 Hz, 250 Hz …). Am Filter liegen 27,5 V bei 150 Hz an. Im Filter fließen also zusätzlich 34,3 A bei 150 Hz. I A A A ges (50 ) (34,3 ) 60,6 2 2    Das ist fast der Nennstrom, entsprechend voller Last!
  180. 180. Einsatz in der Praxis: Ein Gewächshaus mit 500 kW Natriumdampflampen
  181. 181. Günstigerer Einsatzfall: Wegen der großen Last (1100 A je Außenleiter) wurde hier das große Modell (160 A) eingesetzt. Deswegen und auf Grund des geringeren Verzerrungsgrads ist hier die Welt noch in Ordnung: I A A A ges (108 ) (10,9 ) 109 2 2    Nur ein Phasen-Ausfall darf nicht passieren! Sonst fließen 1100 A durch den Filter!
  182. 182. 11. Im TN-C-System: Wer N-Leiter abknappst oder verPENnt oder abgeknappste oder verPENnte installiert und in Betrieb nimmt, wird mit Netzrückwirkung auf alle Systeme bestraft Magnetische Streufelder und ihre Aus-wirkungen
  183. 183. Der Schweizer EMV-Transformator: »Wir bauen Transformatoren in erster Linie nach Maß und erst in zweiter Linie nach Norm, denn meistens steckt in den Kundenwünschen mehr Innovations-Potenzial, als es die Norm zulässt« Rauscher & Stoecklin AG Elektrotechnik CH-4450 Sissach Tel.: 0041 61 9763466 info@raustoc.ch www.raustoc.ch
  184. 184. Große Einphasenlast 12. Im TN-C-System mischen sich Daten- und Betriebsströme. Das kann nicht gut gehen!
  185. 185. Große Einphasenlast 12. Nur im TN-S-System bleiben Betriebsströme dort, wohin sie gehören.
  186. 186. … so nennen das… die Sachversicherer … … die BG, die Gutachter und viele andere
  187. 187. 13. Häufung von Korrosionsschäden Dieses (vormals) verzinkte Bandeisen führte in einem TN-C-S-System an einer Trafostation vorbei Trafoseite Gegenüber liegende Seite
  188. 188. Betriebsströme sind in Erdungssystemen und Schutzleitern zu vermeiden, aber so geht das nicht,  sondern nur so! 
  189. 189. 14. Hau rein! Freie Bahn dem Blitzschlag
  190. 190. 15. Auswirkungen auf Hoch-und Mittelspannungsnetze abhängig von der Sternpunktbehandlung (Prof. H.-C. Müller, VEW, FH Dortmund, 1988: »Schreckliches Wort!«) OSPE: Isolierter Sternpunkt (ohne Sternpunkterdung) SSPE: Starre Sternpunkterdung NOSPE: niederohmige Sternpunkterdung KNOSPE: kurzzeitige niederohmige Sternpunkterdung RESPE: Resonanzsternpunkterdung
  191. 191. OSPE: Ohne Sternpunkterdung 380 kV; 220 kV; 20 kV; 400 V / 110 kV 10 kV 230 V
  192. 192. SSPE: Starre Sternpunkterdung 380 kV; 220 kV; 20 kV; 400 V / 110 kV 10 kV 230 V
  193. 193. NOSPE: Niederohmige Sternpunkterdung 380 kV; 220 kV; 20 kV; 400 V / 110 kV 10 kV 230 V
  194. 194. KNOSPE: Kurzzeitige niederohmige Sternpunkterdung 380 kV; 220 kV; 20 kV; 400 V / 110 kV 10 kV 230 V
  195. 195. 380 kV; 220 kV; 20 kV; 400 V / 110 kV 10 kV 230 V 25500 H Hzz:: 1 usw. φ3=-240°+90°=-150° φ2=-120°+90°=-30° L C X 5X 5  RESPE: Resonanz- Sternpunkterdung L3 L2 L1 φ1=90° L C φ X  X 23=-90°
  196. 196. Mehr zum Thema: www.elektropraktiker.de/nc/fachinformationen/fachartikel/?details=78478
  197. 197. VDE 0100-540:1991-11: Hinter der Aufteilung des PEN-Leiters in Neutral- und Schutzleiter dürfen diese nicht mehr miteinander verbunden werden. Manchmal traut man seinen Augen nicht!
  198. 198. Dann ist doch der Rest kein Wunder mehr! See you later, compensator!
  199. 199. Am Flughafen Paderborn / Lippstadt…
  200. 200. …wurde das Netz zeitgemäß aufgeräumt
  201. 201. Man sollte auch bei Wahrheiten auf das Verfallsdatum achten, zum Beispiel: »Der PEN-Leiter nimmt in TN-C-Systemen eine Doppelfunktion wahr. Er ist in erster Linie Schutzleiter und erfüllt als zweite Funktion die Aufgabe des Neutralleiters.« (Volker Schulze: »Vorgefertigte Klemmenblöcke für PEN-Leiter- Verlegung«) Na ja gut, das war in »de« 13/1999, S. 1050)
  202. 202. Und zur Ehrenrettung der Firma muss man auch noch sagen: Aus deren Reihen stammt immerhin die Erfindung des »PEN-Trenners « (Gerhard Wolff, Phoenix Contact)
  203. 203. Also: Schneiden wir doch die alten Zöpfe endlich mal ab! Alt genug sind sie ja… UPS!
  204. 204. Es gibt sie doch: Zukunftssichere Kabel und Leitungen für zeitgemäße Installationen  Gibt‘s leider noch viel zu viele: Knauserkabel für kurzsichtige Zeitgenossen  In Deutschland: ← ZVEI-Kupfer Fachverband zu teuer? Kabel und isolierte Es Drähte gibt Kompromisse! www.zvei.org/Verband/Fachverbaende/Kab In el-und-der Schweiz isolierte-Draehte/bereits Seiten/im Einsatz: default.aspx Gleicher Weltweit: Querschnitt, aber mehr Leitfähigkeit International Cablemakers‘ im N und im Federation PE als in den Außenleitern! www.icf.at
  205. 205. Und hat es schon in sein Logo eingearbeitet:  Aller guten Dinge sind 5! Ein Hersteller sagt es gleich ganz klar: Gehirn einschalten!
  206. 206. Und was sagen die Normen dazu? Kleiner Exkurs gefällig? Mogelpackung in der VDE 0295
  207. 207. DIN VDE 0100-520 Beiblatt 3 (VDE 0100-520 Beiblatt 3) Jetzt endlich erschienen Errichten von Niederspannungsanlagen Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Teil 520: Kabel- und Leitungsanlagen Beiblatt 3: Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen in 3-phasigen Verteilungsstromkreisen bei Betriebsströmen mit Oberschwingungsanteilen
  208. 208. Netz belastet mit je 1 Gerät pro Außenleiter Beispielmessungen Leistungsaufnahme Strom P Nenn P Mess S Mess I L1 I L2 I L3 I N Gerät und Betriebszustand / Betriebsweise Bemerkungen und Erläuterungen Kompakt-Leuchtstofflampen bis 25 W 23W 23W 35VA 0,15A 0,15A 0,15A 0,24A 10,43mA/W 30W 29W 30VA 0,13A 0,13A 0,13A 0,06A 2,00mA/W Kompakt-Leuchtstofflampen Lineare Lampe mit ext. Betriebsgerät 58W 55W 59VA 0,25A 0,25A 0,25A 0,13A 2,24mA/W ohne Kompensation (induktiv) 58W 62W 140VA 0,60A 0,60A 0,60A 0,20A 3,45mA/W mit paralleler Kompensation 58W 62W 67VA 0,30A 0,30A 0,30A 0,20A 3,45mA/W mit serieller Kompensation (kapazitiv) 58W 75W 170VA 0,73A 0,73A 0,73A 0,30A 5,17mA/W ungedimmt (min. Winkel ≈5°) 200W 200VA 0,87A 0,87A 0,87A 0,02A 0,10mA/W 60° gedimmt (120° Stromflusswinkel) 161W 179VA 0,78A 0,78A 0,78A 0,67A 3,36mA/W 120° gedimmt (60° Stromflusswinkel) 38W 87VA 0,38A 0,38A 0,38A 0,66A 3,29mA/W ohne Vorschaltgerät 26W 27VA 0,12A 0,12A 0,12A 0,05A 1,87mA/W mit induktivem Vorschaltgerät 27W 27VA 0,12A 0,12A 0,12A 0,06A 2,38mA/W untätig (Leerlauf) 80W 105VA 0,46A 0,46A 0,46A 0,76A 1,89mA/W Büro-Alltag gemittelt 85W 112VA 0,48A 0,48A 0,48A 0,81A 2,02mA/W Spitze (max. Prozessorlast) 145W 190VA 0,83A 0,83A 0,83A 1,34A 3,36mA/W untätig (Leerlauf) 77W 83VA 0,36A 0,36A 0,36A 0,16A 0,40mA/W Büro-Alltag gemittelt 82W 87VA 0,38A 0,38A 0,38A 0,17A 0,43mA/W Spitze (max. Prozessorlast) 136W 139VA 0,60A 0,60A 0,60A 0,24A 0,60mA/W LED-Leuchtröhre (putativer Ersatz für T8-Leuchtstofflampe 58 W) Röhrenmonitor Veraltete Technik, Bestand fallend 60W 60W 90VA 0,38A 0,38A 0,38A 0,60A 10,00mA/W 100% Helligkeit 32W 54VA 0,24A 0,24A 0,24A 0,41A 11,71mA/W 20% Helligkeit 22W 38VA 0,17A 0,17A 0,17A 0,29A 8,33mA/W PC-Betrieb & Akku laden 65W 118VA 0,53A 0,53A 0,53A 0,91A 13,99mA/W PC-Betrieb, stark beansprucht 24W 50VA 0,20A 0,20A 0,20A 0,35A 5,33mA/W PC-Betrieb, schwach beansprucht 16W 38VA 0,17A 0,17A 0,17A 0,29A 4,40mA/W PC-Betrieb & Akku laden 67W 84VA 0,36A 0,36A 0,36A 0,60A 6,67mA/W PC-Betrieb, stark beansprucht 56W 69VA 0,30A 0,30A 0,30A 0,54A 6,00mA/W PC-Betrieb, schwach beansprucht 17W 23VA 0,10A 0,10A 0,10A 0,18A 2,00mA/W Ruhe 20W 40VA 0,16A 0,16A 0,16A 0,21A 10,68mA/W Arbeit 325W 330VA 1,40A 1,40A 1,40A 0,57A 1,76mA/W Tages-Minimum 62W 101VA 0,43A 0,43A 0,43A 0,22A 3,47mA/W Tages-Mittelwert 103W 142VA 0,61A 0,61A 0,61A 0,43A 4,21mA/W Tages-Maximum 324W 352VA 1,59A 1,59A 1,59A 1,93A 5,96mA/W Leuchtstofflampen über 25 W mit elektronischen Betriebsgeräten Büro-PC mit aktiver Leistungsfaktor- Korrektur (PFC) 25W Büro-PC ohne aktive Leistungsfaktor- Korrektur (PFC) 400W Leuchtstofflampen über 25 W mit induktiven (magnetischen) Betriebsgeräten Glühlampen mit Phasenanschnitt- Dimmer 200W Flachbildschirm 35W Laptop-PC bis 75 W – Grenze gem. DIN EN 61000-3-2:2010- 03 (VDE 0838-2:2006-10) 65W Laptop-PC über 75 W Grenze gem. DIN EN 61000-3-2:2010- 03 (VDE 0838-2:2006-10) 90W Faxgerät 3A Fotokopierer – Um-rechnung I N/P Gerät
  209. 209. Oder lesen Sie z. B. in der EN 50174-2:2000, Absatz 6.4.3: »Es muss … berücksichtigt werden, dass ein PEN-Leiter … keine geeignete Erdung zur Verfügung stellen kann. Es muss auch berücksichtigt werden, dass die IT- und TT-Spannungsversorgungssysteme mehr Ausgleichs- Maßnahmen erfordern,daher gilt:  es sollte im Gebäude keinen PEN-Leiter geben, das heißt die betreffende Option in 546.2.1 von HD 384.5.54 S1:1988 sollte nicht verwendet werden.  wann immer möglich sollte das TN-S-System verwendet werden.«
  210. 210. Oder besser noch in EN 50174-2:2011-09: 7.1.4.1 Allgemeines »Hinsichtlich der EMV-Problematik darf ein PEN-Leiter, über den unsymmetrische Ströme sowie sich über-lagernde harmonische Ströme und andere Störungen übertragen werden, nicht als geeignete Erdung ange-sehen werden. Zusätzlich müssen IT- und TT-Verteilungs-systeme mehr Ausgleichsmaßnahmen, insbesondere be-züglich Überspannungen, aufweisen. Daher gilt: Das TN-S-System muss verwendet werden (siehe EN 50310). Ausnahmen bestehen aufgrund vorhandener Hochspannungs-Stromverteilungsanlagen, die als TT-oder IT-System ausgeführt sind, oder wo die Anwendung … oder örtliche Bestimmungen einen hohen unter-brechungsfreien Versorgungsgrad erfordern.«
  211. 211. Oder in der VDE 0100 Teil 444:1999-10: » … In Gebäuden, die in bedeutendem Umfang Betriebsmittel der Informationstechnik aufweisen oder von denen dies für die Zukunft zu erwarten ist, muss ab dem Gebäudeeintritt der Stromversorgung die Anwendung des TN-S-Systems, d.h. die Verlegung getrennter Schutzleiter (PE) und Neutralleiter (N), in Betracht gezogen werden, um die Wahrscheinlichkeit von elektromagnetischen Problemen in Folge der Verschleppung von Neutralleiter-strömen auf Signalkabeln oder -leitungen zu minimieren, die Schäden oder Störungen verursachen können … «
  212. 212. Oder in der VDE 0100 Teil 444:2010-10: »444.4.3.1 TN-C-Systeme dürfen in neu errichteten Gebäuden, die eine wesentliche Anzahl von informationstechnischen Betriebsmitteln enthalten oder wahrscheinlich enthalten werden, nicht verwendet werden. Es wird empfohlen, in bestehenden Gebäuden TN-C-Systeme nicht beizubehalten, wenn diese Gebäude eine wesentliche Anzahl von informationstechnischen Betriebsmitteln enthalten oder wahrscheinlich enthalten werden. 444.4.3.2 Anlagen in neu zu errichtenden Gebäuden müssen von der Einspeisung an als TN-S-Systeme errichtet werden; siehe Bild 44.R3A. In bestehenden Gebäuden, die bedeutende informations-technische Betriebsmittel enthalten oder wahrscheinlich enthalten werden und die aus einem öffentlichen Niederspannungsnetz versorgt werden, sollte ab dem Anfang der Installationsanlage ein TN-S-System errichtet werden.«
  213. 213. Aber es geht auch anders! EN 50310 Abs. 6.3 sagt schon seit September 2000: »Die Wechselstrom-Verteilungsanlage in einem Gebäude muss die Anforderungen eines TN-S-Systems erfüllen. Dies macht es erforderlich, dass im Gebäude kein PEN-Leiter vorhanden sein darf.«
  214. 214. EN 50310:2006-07 gilt auch für Gleichstrom-Verteilungen innerhalb von Telekommunikations-Gebäuden: »Die Gleichstromverteilung, falls vorhanden, muss über eng nebeneinander verlaufende und ein DC-I-System bildende Leiter L+ und L- geführt werden. Daher darf jeder Gleichstromrückleiter für eine informationstechnische Anlage nur einmal mit dem L+-Ausgang der Versorgungsanlage verbunden werden.«
  215. 215. Somit gilt auch hier – siehe HD 60364-5-54 S2: 2006: »543.5.2 Fremde leitfähige Teile dürfen als PEL-oder PEM-Leiter nicht verwendet werden.«
  216. 216. Wie man mit Normen am besten umgeht? Indem man sie umgeht! Die Telekom arbeitet lieber weiterhin nach dem DC-C-System. Last
  217. 217. In EN 50310 finden sich unmittelbar hintereinander die »Fest«-legungen: »8.1.1 The DC distribution system may take the form of DC C or DC I.« und »8.1.2 The DC distribution system, if present, shall use L+ and L- conductors routed close together and forming a DC I-System.«
  218. 218. Sind die Tage der EN 50310 gezählt? ISO-IEC 30129 in Arbeit …
  219. 219. Die wahrscheinlich größte »Unnorm« der Gegenwart, EN 50160 gliedert sich in drei Hauptabschnitte: 1. Anwendungsbereich, 2. Normative Verweisungen, 3. Begriffe, 4. Merkmale der Niederspannung, 5. Merkmale der Mittelspannung, 6. Merkmale der Hochspannung. Abschnitt 4 sagt u. a.: Die genormte Nennspannung Un für öffentliche Niederspannungsnetze beträgt • für Drehstromnetze mit vier Leitern: Un = 230 V zwischen Außenleiter und Neutralleiter; • für Drehstromnetze mit drei Leitern: Un = 230 V zwischen den Außenleitern. 5-Leiter-Netze gibt‘s nicht.
  220. 220. Die EN 50160 sagt zur Netzspannung, dass diese möglichst da sein sollte; außer … • »Unter normalen Betriebsbedingungen mit der Ausnahme von Intervallen mit Unterbrechungen sollten Änderungen der Ver-sorgungsspannung ±10% der Nennspannung Un nicht über-schreiten. « • Für besonders entlegene Kunden sollte die Spannung nicht mehr als 15% einknicken. • Wann ein Kunde »entlegen« ist, kann im Einzelfall auf nationaler Ebene festgelegt werden. Knickt die Spannung noch tiefer ein als 15%, so sind die Betriebs-bedingungen halt nicht normal! Fällt die Spannung ganz aus, erlischt offenbar auch die Verpflichtung, dass sie eigentlich vorhanden sein müsste, denn bei Unterschreitung des Grenzwerts sind die Betriebsbedingungen nicht mehr normal. Wann die Betriebsbedingungen »normal« sind – das steht nirgends.
  221. 221. Die EN 50160 sagt zu Oberschwingungen der Spannung in Nieder- und Mittelspannungsnetzen: 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% DIN EN 50160:2011-02, Tabelle 1: Uh/U → 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 THD h → Werte einzelner Oberschwingungsspannungen an der Übergabestelle bis zur 25. Ordnung
  222. 222. Die EN 50160 sagt zu Oberschwingungen der Nieder- und Mittelspannung: Auf allen Spannungsebenen müssen • »unter normalen Betriebsbedingungen« • 95% der 10-Minuten-Mittelwerte einer Woche diese »Grenzen« einhalten. Konsequenzen: • Entweder man hat dummerweise wieder einmal die anderen 5% erwischt, • oder die Betriebsbedingungen waren halt nicht »normal«. Weiter heißt es: • »Resonanzen können höhere Spannungen bei einer einzelnen Oberschwingung hervorrufen«. Ein Mal ist kein Mal. Eine Obergrenze wird nicht genannt. Von etwaigen Konsequenzen steht dort auch nichts. DIN EN 50160:2011-02, Tabelle 1: Werte einzelner Oberschwingungsspannungen an der Übergabestelle bis zur 25. Ordnung Anteil relativ absolut Ordng.- Nr. h 1 230,00V 400,00V 2 2,0% 4,60V 8,00V 3 5,0% 11,50V 20,00V 4 1,0% 2,30V 4,00V 5 6,0% 13,80V 24,00V 6 0,5% 1,15V 2,00V 7 5,0% 11,50V 20,00V 8 0,5% 1,15V 2,00V 9 1,5% 3,45V 6,00V 10 0,5% 1,15V 2,00V 11 3,5% 8,05V 14,00V 12 0,5% 1,15V 2,00V 13 3,0% 6,90V 12,00V 14 0,5% 1,15V 2,00V 15 0,5% 1,15V 2,00V 16 0,5% 1,15V 2,00V 17 2,0% 4,60V 8,00V 18 0,5% 1,15V 2,00V 19 1,5% 3,45V 6,00V 20 0,5% 1,15V 2,00V 21 0,5% 1,15V 2,00V 22 0,5% 1,15V 2,00V 23 1,5% 3,45V 6,00V 24 0,5% 1,15V 2,00V 25 1,5% 3,45V 6,00V THD 8,0% 18,40V 32,00V
  223. 223. Die EN 50160 sagt zur Netzfrequenz: Der 10-s-Mittelwert muss – natürlich wiederum nur »unter normalen Betriebsbedingungen – bei synchroner Verbindung mit einem Verbundnetz • während 99,5% eines Jahres eine Toleranz von ±1% einhalten, also zwischen 49,5 Hz und 50,5 Hz liegen, und • während 100% eines Jahres eine Toleranz von +4% und -6% einhalten, also zwischen 47 Hz und 52 Hz liegen.« Was heißt das für ein Verbundnetz?
  224. 224. Die EN 50160 aber bietet zur Netzfrequenz • einen Abschnitt zur Frequenz in Hochspannungsnetzen, • einen Abschnitt zur Frequenz in Mittelspannungsnetzen, • einen Abschnitt zur Frequenz in Niederspannungsnetzen. Noch sind die dort geforderten Werte gleich, doch warten wir ab, bis z. B. die Hochspannungsfraktion »ihre« Werte ändert und die anderen vergisst!
  225. 225. Die EN 50160 sagt zur Stabilität der Frequenz von Inselnetzen: In Inselnetzen sind die Anforderungen noch gnädiger. Der 10-s-Mittelwert muss hier (ohne synchrone Verbindung mit einem Verbundnetz) • während 95% eines Jahres eine Toleranz von ±2% einhalten, also zwischen 49 Hz und 51 Hz liegen, und • während 100% eines Jahres eine Toleranz von ±15% einhalten, also zwischen 42,5 Hz und 57,5 Hz liegen.« Das fängt also bei Großbritannien schon an, oder?
  226. 226. Die EN 50160 sagt zur Stabilität der Frequenz von Inselnetzen: In der Tat … aber werfen wir doch einmal einen Blick auf eine »richtige« Insel: www.entsoe.eu
  227. 227. Die Praxis sagt zur Stabilität der Frequenz auf Inselnetzen: Beobachtung auf Malta • 495.000 Einwohner, • 547 MW: Frequenzen • von 49,80 Hz • bis 50,13 Hz im Laufe einiger Stunden. Nun ja …
  228. 228. Die Praxis sagt zur Frequenz im Verbundnetz 50,075Hz 236V Verlauf von Spannung und Frequenz am Bereich (5-s-Mittelwerte): min. 49,9362 Hz max. 50,0713 Hz 50,050Hz 235V 234V 233V Kleinstes Minimum aller 5-s-Intervalle: 49,9353 Hz Größtes Maximum aller 5-s-Intervalle: 50,0720 Hz Schwankungsbreite: 0,2738 % Tages-Mittelwert: 50,0000 Hz 50,025Hz 50,000Hz 49,975Hz 49,950Hz 49,925Hz 232V 231V 230V 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 229V 228V 227V 226V 225V 224V f → U → t → 26.12.2013 U f
  229. 229. Die Praxis sagt zur Frequenz im Verbundnetz z. B. nach einem Kraftwerksausfall in der Türkei am 29.09.2010, HPP Atatürk, 776 MW (Amprion GmbH, veröffentlicht in »ETG-Mitgliederinformation « 2/2011, S. 10)
  230. 230. Der Notfallplan der ENTSO-E sagt zur Frequenz im Verbundnetz: Stufe 1 49,8 Hz Alarmierung des Personals, Einsatz der noch nicht mobilisierten Leistung Stufe 2 49,5 Hz Abwurf von Speicherpumpen Stufe 3 49,0 Hz Unverzüglicher Abwurf von 10%…15% der Netzlast Stufe 4 48,7 Hz Unverzüglicher Abwurf weiterer 10%…15% der Last Stufe 5 48,4 Hz Unverzüglicher Abwurf weiterer 15%…20% der Last Stufe 6 48,1 Hz Unverzüglicher Abwurf weiterer 15%…20% der Last Stufe 7 47,5 Hz Abtrennen der Kraftwerke vom Netz Stufe 8 47,0 Hz Jetzt endlich meldet sich die EN 50160 zu Wort – und gleichzeitig ab: Sie mahnt, dass die Frequenz nicht noch tiefer sinken sollte; da dies nun aber schon mal passiert und das Netz bereits »platt« sei, seien die Betriebsbedingungen nicht mehr »normal«, weswegen auch keine Forderung mehr nach irgendetwas bestünde.
  231. 231. Hoffentlich bekommen wir nie eine Versorgung nach EN 50160! Die VDE 0100-100 sagte noch im August 2002: »Die in DIN EN 50160:2000-03 angegebenen Merkmale der Spannung geben Extrem-Situationen wieder, beschreiben aber nicht die übliche Situation im Netz. Für die Planung von elektrischen Anlagen mit einer normalen Gebrauchstauglichkeit ist es ausreichend, die mit hoher Wahrscheinlichkeit typische Situation im Netz am jeweiligen Anschlusspunkt zu berücksichtigen.« Doch dieser Satz musste weichen. So deutlich darf eine Norm nicht über eine Norm reden.
  232. 232. Was sagen die Normen zu Ableitströmen? z. B. IEC 950: Messung der Ableitströme Diese Norm erfasst nur 50-Hz-Ströme, hochfrequente Anteile müssen draußen bleiben! Wozu denn dann ein Filter?
  233. 233. Vorschlag für ein neues Berufsbild: Fachkraft für babylonische Sprachverwirrung Ein Turmbauer, sagt eine Fabel, dem wurde gekündigt in Babel. Nach Frankfurt am Main ließ gern man ihn ein. Dort normt er jetzt Drähte und Kabel.
  234. 234. Warum eigentlich noch Entstör-Maßnahmen? Seit 01.01.2001 ist die EN 61000-3-2 in Kraft, und seither stört doch nichts mehr! Oder? Denn nun gibt es Oberschwingungs-Grenzwerte für Klasse A: Symmetrische dreiphasige Geräte und alle anderen Geräte, ausgenommen diejenigen, die in einer der folgenden Klassen genannt sind Klasse B: Tragbare Elektrowerkzeuge Klasse C: Beleuchtungs-Einrichtungen einschließlich Beleuchtungsreglern, ausgenommen Dimmer bis 1000 W Klasse D: Personal-Computer und deren Monitore, Fernsehgeräte mit einer Eingangsleistung von 75 W bis 600 W
  235. 235. Dabei sind die einzuhaltenden Toleranzen der Netzspannung für die Prüfung recht eng: 2,0% Abweichung vom Nennwert, 0,9% Gehalt Oberschwingung 3, 0,4% Gehalt Oberschwingung 5, 0,3% Gehalt Oberschwingung 7, 0,2% Gehalt Oberschwingung 9, 0,2% Gehalt Oberschwingungen gerader Ordnung, 0,1% Gehalt Oberschwingungen 11 bis 40 während der Prüfung! Das ist auch nötig, denn der Einfluss ist groß!
  236. 236. Versuch der gegenseitigen Kompensation der dritten Oberschwingung zwischen Außenleiter und Neutralleiter gegen diejenige zwischen zwei Außenleitern
  237. 237. Und wie sehen die vom Gerät einzu-haltenden Grenzwerte des Stroms aus? Z. B. in Klasse D: Personal-Computer und deren Monitore, Fernsehgeräte mit einer Eingangsleistung von 75 W bis 600 W Tabelle 3 aus DIN EN 61000-3-2 (VDE 0838-2:2006-10) Grenzwerte für Geräte der Klasse D Ord-nungs- Höchstwert des Ober-schwingungsstroms zahl n je Leistungs- Aufnahme jedoch maximal Ungeradzahlige Oberschwingungen 3 3,40mA/W 2,30A 5 1,90mA/W 1,14A 7 1,00mA/W 0,77A 9 0,50mA/W 0,40A 11 0,35mA/W 0,33A 13≤n ≤39 3,85mA/W/n s. Tabelle 1 Geradzahlige Oberschwingungen 2 1,08A 4 0,43A 6 0,30A 8≤n ≤14 0,23*8/nA
  238. 238. Der THDI darf ganz legal und normkonform recht hübsche Werte erreichen! Tabelle 3 aus DIN EN 61000-3-2 (VDE 0838-2:2006-10) Grenzwerte für Geräte der Klasse D Ord-nungs- Höchstwert des Ober-schwingungsstroms entspricht bei P = zahl n je Leistungs- Aufnahme jedoch maximal 75W Ungeradzahlige Oberschwingungen 3 3,40mA/W 2,30A 0,26A 5 1,90mA/W 1,14A 0,14A 7 1,00mA/W 0,77A 0,08A 9 0,50mA/W 0,40A 0,04A 11 0,35mA/W 0,33A 0,03A 13≤n≤39 3,85mA/W/n s. Tabelle 1 Geradzahlige Oberschwingungen 2 1,08A 4 0,43A 6 0,30A 8≤n≤14 0,23*8/nA 600W 2,04A 1,14A 0,60A 0,30A 0,21A … ob nun an der Untergrenze …  oder an der Ober-grenze des Bereichs Sagen Sie mal, was will eigentlich diese Spalte uns mitteilen? Höchstzulässige THDI-Werte THD-R THD-F nur ungeradzahlige erfasst 68,8% 94,8% nur geradzahlige erfasst 43,3% 48,0% alle erfasst 72,8% 106,2%
  239. 239. Die Einhaltung dieser Grenzwerte ist ja wohl kein Kunststück! Betrachten wir z. B. einen alten PC aus der Zeit vor dem Inkrafttreten der EN 61000-3-2 Grenzwert: 116 W * 3,4 mA/W = 395 mA Messwert dritte Harmonische: 411 mA Wegzumessende Differenz: 16 mA
  240. 240. Lösung 1: Geräte einzeln betrachten: 40 W PC, 60 W Monitor, 16 W Peripherie Klasse D: Personal-Computer und deren Monitore, Fernsehgeräte mit einer Eingangsleistung von 75 W bis 600 W EN 61000-3-2 fühlt sich also nicht zuständig. Das funktioniert nur leider heute nicht mehr, denn neue Rechner schlucken mehr. Also:
  241. 241. Lösung 2: Nennwert 4% über Messwert legen (5% sind erlaubt!) Grenze: 116 W * 3,4 mA/W * 1,05 = 414 mA Messung dritte Harmonische: 411 mA Passt! Und was nicht passt, wird eben passend gemacht. Wohlgemerkt: Wir reden hier von einem PC ohne jegliche Maßnahmen gegen Oberschwingungen, der vor Erscheinen der EN 61000-3-2 in Verkehr gebracht wurde!
  242. 242. Lösung 3: Ohmsche Last parallel schalten. So kommen Sie leicht > 600 W. Klasse D: Personal-Computer und deren Monitore, Fernsehgeräte mit einer Eingangs-leistung von 75 W bis 600 W
  243. 243. Lösung 4: Ohmscher Serienwiderstand »Glühlampe reinhauen«, wie ein Zyniker sagte. Gehen wir noch einmal zurück zu den Messgeräten:
  244. 244. Lösung 5: Nur ein Weilchen warten … … denn nach EN 61000-3-2 wird der Mittelwert der in einem bestimmten Zeitfenster vorgekommenen Oberschwingungen durch den Höchstwert der in diesem Zeitfenster vorgekommenen Wirkleistung geteilt! Messwerte am Eingang des Netzteils eines nach EN 61000-3-2 gebauten PC mit wechselnder Last Nr. Betriebszustand P Q S I 3 THDI LF cosφ 0 PC »aus«-geschaltet 3,7W 12,3var 12,8VA 15,4mA 52,8% 28,8% 36,0% 1 Ruhezustand 3,7W 12,3var 12,8VA 15,4mA 52,8% 28,8% 36,0% 2 Standby 40,2W 36,1var 54,0VA 132,0mA 67,0% 74,4% 100,0% 3 CPU normal belastet 45,5W 39,7var 60,4VA 147,0mA 65,8% 75,3% 100,0% 4 CPU normal belastet, mit Flachbildschirm 68,0W 55,0var 87,5VA 194,0mA 62,5% 77,8% 99,0% 5 CPU stark belastet, mit Flachbildschirm 100,0W 77,0var 126,2VA 289,0mA 57,8% 79,2% 97,0% 6 Netzteil mit zusätzlicher Last 50% ausgelastet 152,0W 116,0var 191,2VA 405,0mA 54,4% 79,5% 95,0% 7 Netzteil mit zusätzlicher Last voll ausgelastet 319,0W 293,0var 433,1VA 800,0mA 56,0% 73,6% 91,0%
  245. 245. 95% 90% 85% 80% 75% 125W 100W 75W 50W 25W 0W 08:00h 09:00h 10:00h 11:00h 12:00h 13:00h 14:00h 15:00h 16:00h 17:00h ↑ THDI P → t → Aus dem Alltag eines Büro-PC Eine Messung je Minute
  246. 246. 0W 75% 80% 75W 85% 90% 150W 95% 25W 50W 100W 125W 12:00:00 12:00:15 12:00:30 12:00:45 12:01:00 12:01:15 12:01:30 12:01:45 12:02:00 ↑ THDI P → t → Aus dem Alltag eines Büro-PC Eine Messung je Sekunde
  247. 247. 150W 135W 120W 105W 90W 75W 60W 45W 30W 15W 0W 900mA 750mA 600mA 450mA 300mA 150mA 0mA Ih → 08:00h 09:00h 10:00h 11:00h 12:00h 13:00h 14:00h 15:00h 16:00h P → 17:00h t → Aus dem Alltag eines Büro-PC Pmax = 146 W ī5 = 134 mA ī5zul = 1,9 mA * 146 W = 278 mA ī3 = 268 mA ī3zul = 3,4 mA * 146 W = 497 mA
  248. 248. Fluggenehmigung für eine Lokomotive Klasse D: Personal-Computer und deren Monitore, Fernsehgeräte mit einer Eingangsleistung von 75 W bis 600 W Kleiner Exkurs gefällig? Energie-Effizienz in der EDV
  249. 249. Laptop-Netzteil 65 W Akku ladend Akku voll
  250. 250. Laptop-Netzteil 90 W Akku ladend Akku voll
  251. 251. Fernsehen im Wandel der Zeit Röhren-gerät 1990 Flach-bild-schirm 2010
  252. 252. Oder sehen wir uns einmal die Grenzwerte für Klasse C (Lampen) an … und diese Osram Dulux EL 11 W danach: Diese Lampe Osram Dulux EL 11 W entstand vor EN 61000-3-2 … Der Unterschied ist nicht gerade überzeugend!
  253. 253. Nur bei größeren Lampen und EVG >25 W greift die Norm …
  254. 254. … also offensichtlich bei LED-Lampen schon mal nicht! Messungen an einer LED-Leuchtröhre (nach Ausbau des Vorschaltgeräts) Weitere Schwach-stellen der LED gefällig?
  255. 255. Normen geben allgemeine Mindest-Anforderungen zur Sicherheit, doch die obliegt dem Planer, dem Handwerker, dem Gebäudetechniker!
  256. 256. Und damit zum Unwort des Tages: Neu-Anlagen sind sicher durch Fehlerstromschutz. Alt-Anlagen sind sicher durch Bestandsschutz. Preisfrage 1: Wovor schützt der Bestandsschutz? Vor Verbesserungen!
  257. 257. Preisfrage 2: Wo finde ich Aussagen zum Bestandsschutz in der VDE 0100? Nirgends!
  258. 258. Normen im Wandel der Zeit: Anpassung ist notwendig!
  259. 259. Weitere Möglichkeit, Kurven zu verbiegen: Der gewöhnliche Phasenanschnittdimmer hier z. B. mit 300 W Glühlampenlast 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms Außenleiterströme Neutralleiterstrom 2A 1A 0A -1A -2A i  t  i(L1) i(L2) i(L3) 2A 1A 0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1A -2A i  t  i(N) L1-N L2-N L3-N φ 0° 0° 0° uAV 207,1V 207,1V 207,1V UEff 230,0V 230,0V 230,0V L1 L2 L3 N i AV 1,17A 1,17A 1,17A 0,00A I Eff 1,30A 1,30A 1,30A 0,00A I Eff / i AV 1,11A 1,11A 1,11A – î / i Eff 1,41A 1,41A 1,41A –
  260. 260. Weitere Möglichkeit, Kurven zu verbiegen: Der gewöhnliche Phasenanschnittdimmer hier z. B. mit 300 W Glühlampenlast 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms Außenleiterströme Neutralleiterstrom 2A 1A 0A -1A -2A i  t  i(L1) i(L2) i(L3) 2A 1A 0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1A -2A i  t  i(N) L1-N L2-N L3-N φ 30° 30° 30° uAV 192,7V 192,7V 192,7V UEff 226,5V 226,5V 226,5V L1 L2 L3 N i AV 1,09A 1,09A 1,09A 0,24A I Eff 1,28A 1,28A 1,28A 0,39A I Eff / i AV 1,18A 1,18A 1,18A – î / i Eff 1,44A 1,44A 1,44A –
  261. 261. Weitere Möglichkeit, Kurven zu verbiegen: Der gewöhnliche Phasenanschnittdimmer hier z. B. mit 300 W Glühlampenlast 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms Außenleiterströme Neutralleiterstrom 2A 1A 0A -1A -2A i  t  i(L1) i(L2) i(L3) 2A 1A 0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1A -2A i  t  i(N) L1-N L2-N L3-N φ 90° 90° 90° uAV 102,6V 102,6V 102,6V UEff 161,7V 161,7V 161,7V L1 L2 L3 N i AV 0,58A 0,58A 0,58A 1,29A I Eff 0,91A 0,91A 0,91A 1,30A I Eff / i AV 1,58A 1,58A 1,58A – î / i Eff 2,01A 2,01A 2,01A –
  262. 262. Weitere Möglichkeit, Kurven zu verbiegen: Der gewöhnliche Phasenanschnittdimmer hier z. B. mit 300 W Glühlampenlast 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms Außenleiterströme Neutralleiterstrom 2A 1A 0A -1A -2A i  t  i(L1) i(L2) i(L3) 2A 1A 0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1A -2A i  t  i(N) L1-N L2-N L3-N φ 150° 150° 150° uAV 13,4V 13,4V 13,4V UEff 38,1V 38,1V 38,1V L1 L2 L3 N i AV 0,08A 0,08A 0,08A 0,23A I Eff 0,22A 0,22A 0,22A 0,37A I Eff / i AV 2,84A 2,84A 2,84A – î / i Eff 4,14A 4,14A 4,14A –
  263. 263. Weitere Möglichkeit, Kurven zu verbiegen: Der gewöhnliche Phasenanschnittdimmer hier z. B. mit 300 W Glühlampenlast 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms Außenleiterströme Neutralleiterstrom 2A 1A 0A -1A -2A i  t  i(L1) i(L2) i(L3) 2A 1A 0A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1A -2A i  t  i(N) L1-N L2-N L3-N φ 45° 90° 135° uAV 176,1V 102,6V 29,7V UEff 219,0V 161,7V 68,3V L1 L2 L3 N i AV 1,00A 0,58A 0,17A 0,77A I Eff 1,24A 0,91A 0,39A 0,93A I Eff / i AV 1,24A 1,58A 2,30A – î / i Eff 1,49A 2,01A 3,31A –
  264. 264. Eine ganz alte Möglichkeit, die Stromkurven zu verbiegen: Reihenschlussmotoren haben ebenfalls keinen rein linearen Charakter! 10,5A 7,5A 4,5A 1,5A 0ms 5ms 10ms 15ms 20ms -1,5A -4,5A -7,5A -10,5A 330V 270V 210V 150V 90V 30V -30V -90V -150V -210V -270V -330V i → u → t → Betriebsstrom eines alten Staubsaugermotors ohne Drehzahlsteller
  265. 265. Eine oft überschätzte Möglichkeit, die Stromkurven zu verbiegen: Transformatoren-Leerlaufströme Leerlaufstrom eines Verteil- Transformators 630 kVA von der Unterspannungsseite 420 V!
  266. 266. Weitere Möglichkeit, den N-Leiter zu (ü)be(r)lasten: Gleichströme … Original »Fälschung« N L3 L2 L1 400 V 50 Hz + U 0 U - N L3 L2 L1 400 V 50 Hz + U - + U -
  267. 267. … ihre möglichen Quellen … … z. B. ein ganz ordinärer älterer Haarföhn …
  268. 268. … und ihre Auswirkungen
  269. 269. Heutige Geräte lassen den Quatsch Wenigstens das hat die EN 61000-3-2 (Klasse A – Haushaltsgeräte) gebracht: Grenzwert für die zweite Oberschwingung 1,05 A
  270. 270. Oder auch nicht 1,05 A sind ja immer noch erlaubt! Das muss man doch »ausnutzen«! Hier ein neues Modell nach EN 61000-3-2 Kl. A:
  271. 271. Ein Unglück kommt selten allein Ein Haartrockner auch
  272. 272. Noch einmal: Auswirkung ohne Haartrockner, mit einem Haartrockner und mit zwei Haartrocknern auf einen Ringkern-Transformator 400 VA
  273. 273. Leerlaufstrom eines Ringkerntrafos 400 VA ohne »Föhn-Einfluss« 0,03A 0,02A 0,01A -0,01A -0,02A -0,03A 325V 275V 225V 175V 125V 75V 25V -25V Netzspannung L3 - N Trafo allein an L3 ohne Föhn 0ms 5ms 10ms 15ms -75V -125V -175V -225V -275V -325V i → u → t →
  274. 274. Doch wird der Haartrockner eingeschaltet, läuft der Leerlaufstrom des Trafos hoch … 6,0A 5,0A 4,0A 3,0A 2,0A 1,0A 0,0A -1,0A -2,0A -3,0A -4,0A -5,0A -6,0A 325V 275V 225V 175V 125V 75V 25V -25V u i 0ms 50ms 100ms 150ms 200ms -75V -125V -175V -225V -275V -325V i → u → t → Leerlaufstrom eines Ringkerntrafos 400 VA; Einschalten eines Föhns am selben Stromkreis
  275. 275. Leerlaufstrom Ringkerntrafo 400 VA an L3 mit Föhn 1200 W (neu) an L3 7,5A 6,5A 5,5A 4,5A 3,5A 2,5A 1,5A 0,5A -0,5A 330V 286V 242V 198V 154V 110V 66V 22V -22V 0ms 5ms 10ms 15ms i → u → t → Netzspannung L3 - N Trafo allein an L3 ohne Föhn mit Föhn 1200 W (neu) an L3
  276. 276. Leerlaufstrom Ringkerntrafo 400 VA an L3 mit Föhn 1200 (neu) W an L3 und Föhn 1800 W (neu) an L2 7,5A 6,5A 5,5A 4,5A 3,5A 2,5A 1,5A 0,5A -0,5A 330V 286V 242V 198V 154V 110V 66V 22V -22V 0ms 5ms 10ms 15ms i → u → t → Netzspannung L3 - N Trafo allein an L3 ohne Föhn mit Föhn 1800 W (neu) an L2 und Föhn 1500 W (alt – vor EN 61000-3-2) an L1
  277. 277. Leerlaufstrom Ringkerntrafo 400 VA an L3 mit Föhn 1200 W an L3, 1800 W an L2 und 1500 W (alt) an L1 7,5A 6,5A 5,5A 4,5A 3,5A 2,5A 1,5A 0,5A -0,5A 330V 286V 242V 198V 154V 110V 66V 22V -22V 0ms 5ms 10ms 15ms i → u → t → Netzspannung L3 - N Trafo allein an L3 ohne Föhn mit Föhn 1200 W (neu) an L3 und Föhn 1800 W (neu) an L2 und Föhn 1500 W (alt – vor EN 61000-3-2) an L1

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